近日，特斯拉又“搞事情”了。
先是馬斯克放話：未來80%的特斯拉市值將來自人形機(jī)器人業(yè)務(wù)，一下把大家的注意力從電動(dòng)車又拉回到了那臺神秘的Optimus上。
緊接著，一段新視頻又在網(wǎng)絡(luò)上瘋傳。
視頻最早是由Salesforce CEO Marc Benioff 發(fā)布的，主角自然是 Optimus。但這次，它換了個(gè)“金閃閃”的新殼，手部結(jié)構(gòu)也更精細(xì)。除了外觀吸睛，這臺機(jī)器人的售價(jià)也不便宜， Benioff 親口透露：20萬到50萬美元之間。
最讓人眼前一亮的，還是它的“走路方式”。視頻里，這臺金色 Optimus 的步態(tài)明顯更加自然，腳跟著地、步伐穩(wěn)健，非常接近人類走路的方式。
但這個(gè)步態(tài)，看起來非常熟悉。
幾乎就是前不久，國產(chǎn)機(jī)器人公司開普勒發(fā)布的K2“大黃蜂”抗擾動(dòng)步態(tài)視頻中的“同款步態(tài)”。視頻中，K2“大黃蜂”在磚石、塑膠、草地等復(fù)雜環(huán)境和外力干擾中依然保持直膝步態(tài)、穩(wěn)定行走，展現(xiàn)了強(qiáng)大的平衡能力與環(huán)境適應(yīng)性。
為什么看起來這么像？追根溯源后得知，原來特斯拉和開普勒在底層架構(gòu)上都選用了類似的技術(shù)路徑：滾柱絲杠直線執(zhí)行器混動(dòng)架構(gòu)。
在機(jī)器人學(xué)界，這被認(rèn)為是極具挑戰(zhàn)的方案，需要復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和極高精度的力矩控制。但其優(yōu)勢同樣顯著：步態(tài)更加自然，能效利用率更高，更便于任務(wù)執(zhí)行，環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。
對此，我們特地咨詢了開普勒公司，希望從這家國產(chǎn)廠商的視角，了解背后真實(shí)的技術(shù)考量。
01
直膝步態(tài)，為什么是“難而正確”？
開普勒方面表示，之所以選擇直膝步態(tài)和滾柱絲杠直線執(zhí)行器混動(dòng)架構(gòu)，是因?yàn)檫@是一條“難而正確”的路。
對于雙足機(jī)器人而言，直膝行走幾乎是最難的動(dòng)作之一。相比之下，彎膝步態(tài)更容易實(shí)現(xiàn)：重心低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對控制算法和硬件精度的要求相對寬松。因此，多數(shù)機(jī)器人公司會選擇彎膝方案來保證“能走”。但問題也很明顯：動(dòng)作笨拙，能效低下，離“像人”還有很大距離。
開普勒堅(jiān)持認(rèn)為，人形機(jī)器人既然要走路，就必須“像人一樣走”。這也是他們選擇直膝步態(tài)的根本邏輯。
近日，開普勒人形機(jī)器人K2大黃蜂迎來全新步態(tài)升級，并正式發(fā)布了國內(nèi)首例“混合架構(gòu)抗擾動(dòng)”步態(tài)實(shí)錄視頻。
在這段視頻里，K2大黃蜂面對復(fù)雜的環(huán)境時(shí)始終保持穩(wěn)定的行走節(jié)奏。這種表現(xiàn)，直觀地體現(xiàn)了直膝步態(tài)在復(fù)雜環(huán)境中的可行性和優(yōu)勢。
開普勒方面表示，這款機(jī)器人以直線執(zhí)行器為核心動(dòng)力，相當(dāng)于“腿部肌肉”，提供主要能量；再結(jié)合旋轉(zhuǎn)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作微調(diào)和步態(tài)切換，從而適應(yīng)不同地形。
這一方案已被包括特斯拉、小鵬等在內(nèi)的國際前沿人形機(jī)器人團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證，并逐漸成為行業(yè)共識。
其中的核心部件是行星滾柱絲杠，一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的精密傳動(dòng)裝置。它通過“行星傳動(dòng)+螺紋嚙合”的復(fù)合原理實(shí)現(xiàn)高負(fù)載、高精度傳動(dòng)，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
1.高能效比與高精度：行星滾柱絲杠通過滾動(dòng)摩擦傳遞動(dòng)力，能量損耗較低，可高效地將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，其能量轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到81.3%左右；低摩擦設(shè)計(jì)（摩擦系數(shù)低于傳統(tǒng)絲杠）減少熱變形和能量損耗，確保長期運(yùn)行下的定位精度。
2.超強(qiáng)承載能力：行星滾柱絲杠通過螺紋滾柱作為滾動(dòng)元件，在螺母與絲杠間形成眾多接觸線，大幅提升受力面積。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使承載能力遠(yuǎn)超滾珠絲杠。在同等負(fù)載力下，行星滾柱絲杠體積更小，且能適應(yīng)惡劣工況（如高沖擊、多粉塵環(huán)境）。尤其適用于如重載機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)等。
3.運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與耐久性：螺紋滾柱的連續(xù)接觸消除了滾珠絲杠中可能出現(xiàn)的沖擊振動(dòng)，運(yùn)行更平穩(wěn)，降低噪音和機(jī)械磨損。接觸應(yīng)力分散顯著降低元件疲勞風(fēng)險(xiǎn)，壽命可達(dá)滾珠絲杠的數(shù)倍，尤其適合高強(qiáng)度工業(yè)環(huán)境。
正是這種結(jié)構(gòu)，讓K2“大黃蜂”在保持人類自然步態(tài)的同時(shí)，兼具穩(wěn)定性與耐久性。從特斯拉Optimus到開普勒K2“大黃蜂”，這不僅是“看起來像人”的選擇，更是經(jīng)過驗(yàn)證的效率與穩(wěn)定性兼顧的最優(yōu)解。
02
困難重重，開普勒有何解法？
正如開普勒公司所示，直膝步態(tài)的“正確”，并不意味著它“容易”。尤其是在采用滾柱絲杠混動(dòng)架構(gòu)的前提下，控制難度和工程復(fù)雜度幾乎是指數(shù)級上升。
第一重難點(diǎn)在于絲杠力學(xué)。
市面上常見的準(zhǔn)直驅(qū)機(jī)器人，多數(shù)采用相對簡單的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，控制邏輯更直觀。但在開普勒的混合架構(gòu)里，行星滾柱絲杠直線執(zhí)行器與旋轉(zhuǎn)電機(jī)協(xié)同驅(qū)動(dòng)，每一個(gè)關(guān)節(jié)都需要在高負(fù)載和復(fù)雜動(dòng)作下保持精確控制。
這就意味著，上層控制器規(guī)劃的角度、速度和力矩，要實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為絲杠長度、速度與推力，再由電機(jī)執(zhí)行。而直線電機(jī)反饋的數(shù)據(jù)，又要反向換算成關(guān)節(jié)的角度、速度與力矩。這種復(fù)雜的雙向映射關(guān)系，就是所謂的“絲杠力學(xué)”，也是實(shí)現(xiàn)自然步態(tài)的前提。
第二重難點(diǎn)在于仿真與現(xiàn)實(shí)的差距（Sim-to-Real Gap）。
如果說絲杠力學(xué)是精度上的挑戰(zhàn)，那么仿真與現(xiàn)實(shí)之間的差距，則是落地性上的鴻溝。幾乎所有人形機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)都會面對所謂的 Sim-to-Real Gap：在虛擬仿真環(huán)境里跑得流暢自然，一旦切換到真實(shí)世界，就問題頻出。
原因在于，仿真世界往往過于理想化。它可以忽略關(guān)節(jié)摩擦、材料變形、地面微小的不平整；傳感器數(shù)據(jù)也被假設(shè)為“完美”，而現(xiàn)實(shí)中的 IMU 漂移、力矩傳感器噪聲、視覺延遲都會積累成姿態(tài)偏差；仿真環(huán)境通常是平坦的地面，但現(xiàn)實(shí)中機(jī)器人要面對的是坑洼、斜坡、突發(fā)外力甚至光照變化。
更麻煩的是，真實(shí)的執(zhí)行器存在響應(yīng)延遲和死區(qū)效應(yīng)，指令發(fā)出去并不會“秒到”；通信網(wǎng)絡(luò)也有延時(shí)，這些微小的差異足以讓看似完美的步態(tài)在實(shí)機(jī)上完全走樣。
針對這兩大難題，開普勒的應(yīng)對思路是“雙管齊下”。K2“大黃蜂”采用直線執(zhí)行器的混動(dòng)架構(gòu)，在力控環(huán)節(jié)中引入絲杠力學(xué)的精密計(jì)算，并輔以強(qiáng)化學(xué)習(xí)與模仿學(xué)習(xí)的結(jié)合，從而同時(shí)攻克了步態(tài)的靈活性與自然性問題。在復(fù)雜環(huán)境下，它能夠完成穩(wěn)定而靈活的步態(tài)切換；在日常行走中，則展現(xiàn)出類人直膝步態(tài)的自然效果。
在具體方法上，強(qiáng)化學(xué)習(xí)承擔(dān)了最基礎(chǔ)的“教學(xué)”角色。通過大規(guī)模并行的仿真實(shí)驗(yàn)，數(shù)千臺虛擬機(jī)器人被置于各類復(fù)雜場景之中：不同地形、不同執(zhí)行器特性，甚至絆倒、滑倒或外力干擾。GPU加速讓這種試錯(cuò)可以在極短時(shí)間內(nèi)完成，最終形成能夠應(yīng)對突發(fā)情況的魯棒性控制策略。
與此同時(shí)，模仿學(xué)習(xí)則讓“大黃蜂”具備了更接近人類的動(dòng)作特征。借助高保真的物理仿真器，僅需數(shù)小時(shí)便能生成相當(dāng)于數(shù)年的人體步態(tài)數(shù)據(jù)。機(jī)器人不僅學(xué)會了腳跟先著地、腳尖離地的細(xì)節(jié)動(dòng)作，還能做到手臂與腿部的自然擺動(dòng)，使整體步態(tài)更符合人類直覺。
在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，它像“老師”一樣為機(jī)器人指引方向：哪些行為更高效、更穩(wěn)定，哪些策略更能抵御擾動(dòng)。
經(jīng)過持續(xù)的反饋與優(yōu)化，K2“大黃蜂”逐步具備了在真實(shí)環(huán)境中高可靠行走的能力。相比單純的仿真訓(xùn)練，這種方法讓它不僅能在實(shí)驗(yàn)室中走得穩(wěn)，更能在工業(yè)生產(chǎn)線、物流倉儲等高復(fù)雜度場景中經(jīng)受住各種干擾，實(shí)現(xiàn)自然且穩(wěn)定的仿人步態(tài)。
同時(shí)，開普勒K2大黃蜂目前已經(jīng)可以通過分層模型 VLA+語義識別，聽懂自然語言指令，按照需求給大家分發(fā)物品，完成多種任務(wù)。
先是馬斯克放話：未來80%的特斯拉市值將來自人形機(jī)器人業(yè)務(wù)，一下把大家的注意力從電動(dòng)車又拉回到了那臺神秘的Optimus上。
緊接著，一段新視頻又在網(wǎng)絡(luò)上瘋傳。
視頻最早是由Salesforce CEO Marc Benioff 發(fā)布的，主角自然是 Optimus。但這次，它換了個(gè)“金閃閃”的新殼，手部結(jié)構(gòu)也更精細(xì)。除了外觀吸睛，這臺機(jī)器人的售價(jià)也不便宜， Benioff 親口透露：20萬到50萬美元之間。
最讓人眼前一亮的，還是它的“走路方式”。視頻里，這臺金色 Optimus 的步態(tài)明顯更加自然，腳跟著地、步伐穩(wěn)健，非常接近人類走路的方式。
但這個(gè)步態(tài)，看起來非常熟悉。
幾乎就是前不久，國產(chǎn)機(jī)器人公司開普勒發(fā)布的K2“大黃蜂”抗擾動(dòng)步態(tài)視頻中的“同款步態(tài)”。視頻中，K2“大黃蜂”在磚石、塑膠、草地等復(fù)雜環(huán)境和外力干擾中依然保持直膝步態(tài)、穩(wěn)定行走，展現(xiàn)了強(qiáng)大的平衡能力與環(huán)境適應(yīng)性。
為什么看起來這么像？追根溯源后得知，原來特斯拉和開普勒在底層架構(gòu)上都選用了類似的技術(shù)路徑：滾柱絲杠直線執(zhí)行器混動(dòng)架構(gòu)。
在機(jī)器人學(xué)界，這被認(rèn)為是極具挑戰(zhàn)的方案，需要復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模和極高精度的力矩控制。但其優(yōu)勢同樣顯著：步態(tài)更加自然，能效利用率更高，更便于任務(wù)執(zhí)行，環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。
對此，我們特地咨詢了開普勒公司，希望從這家國產(chǎn)廠商的視角，了解背后真實(shí)的技術(shù)考量。
01
直膝步態(tài)，為什么是“難而正確”？
開普勒方面表示，之所以選擇直膝步態(tài)和滾柱絲杠直線執(zhí)行器混動(dòng)架構(gòu)，是因?yàn)檫@是一條“難而正確”的路。
對于雙足機(jī)器人而言，直膝行走幾乎是最難的動(dòng)作之一。相比之下，彎膝步態(tài)更容易實(shí)現(xiàn)：重心低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對控制算法和硬件精度的要求相對寬松。因此，多數(shù)機(jī)器人公司會選擇彎膝方案來保證“能走”。但問題也很明顯：動(dòng)作笨拙，能效低下，離“像人”還有很大距離。
開普勒堅(jiān)持認(rèn)為，人形機(jī)器人既然要走路，就必須“像人一樣走”。這也是他們選擇直膝步態(tài)的根本邏輯。
近日，開普勒人形機(jī)器人K2大黃蜂迎來全新步態(tài)升級，并正式發(fā)布了國內(nèi)首例“混合架構(gòu)抗擾動(dòng)”步態(tài)實(shí)錄視頻。
在這段視頻里，K2大黃蜂面對復(fù)雜的環(huán)境時(shí)始終保持穩(wěn)定的行走節(jié)奏。這種表現(xiàn)，直觀地體現(xiàn)了直膝步態(tài)在復(fù)雜環(huán)境中的可行性和優(yōu)勢。
開普勒方面表示，這款機(jī)器人以直線執(zhí)行器為核心動(dòng)力，相當(dāng)于“腿部肌肉”，提供主要能量；再結(jié)合旋轉(zhuǎn)電機(jī)等驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作微調(diào)和步態(tài)切換，從而適應(yīng)不同地形。
這一方案已被包括特斯拉、小鵬等在內(nèi)的國際前沿人形機(jī)器人團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證，并逐漸成為行業(yè)共識。
其中的核心部件是行星滾柱絲杠，一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的精密傳動(dòng)裝置。它通過“行星傳動(dòng)+螺紋嚙合”的復(fù)合原理實(shí)現(xiàn)高負(fù)載、高精度傳動(dòng)，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：
1.高能效比與高精度：行星滾柱絲杠通過滾動(dòng)摩擦傳遞動(dòng)力，能量損耗較低，可高效地將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，其能量轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到81.3%左右；低摩擦設(shè)計(jì)（摩擦系數(shù)低于傳統(tǒng)絲杠）減少熱變形和能量損耗，確保長期運(yùn)行下的定位精度。
2.超強(qiáng)承載能力：行星滾柱絲杠通過螺紋滾柱作為滾動(dòng)元件，在螺母與絲杠間形成眾多接觸線，大幅提升受力面積。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使承載能力遠(yuǎn)超滾珠絲杠。在同等負(fù)載力下，行星滾柱絲杠體積更小，且能適應(yīng)惡劣工況（如高沖擊、多粉塵環(huán)境）。尤其適用于如重載機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)等。
3.運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與耐久性：螺紋滾柱的連續(xù)接觸消除了滾珠絲杠中可能出現(xiàn)的沖擊振動(dòng)，運(yùn)行更平穩(wěn)，降低噪音和機(jī)械磨損。接觸應(yīng)力分散顯著降低元件疲勞風(fēng)險(xiǎn)，壽命可達(dá)滾珠絲杠的數(shù)倍，尤其適合高強(qiáng)度工業(yè)環(huán)境。
正是這種結(jié)構(gòu)，讓K2“大黃蜂”在保持人類自然步態(tài)的同時(shí)，兼具穩(wěn)定性與耐久性。從特斯拉Optimus到開普勒K2“大黃蜂”，這不僅是“看起來像人”的選擇，更是經(jīng)過驗(yàn)證的效率與穩(wěn)定性兼顧的最優(yōu)解。
02
困難重重，開普勒有何解法？
正如開普勒公司所示，直膝步態(tài)的“正確”，并不意味著它“容易”。尤其是在采用滾柱絲杠混動(dòng)架構(gòu)的前提下，控制難度和工程復(fù)雜度幾乎是指數(shù)級上升。
第一重難點(diǎn)在于絲杠力學(xué)。
市面上常見的準(zhǔn)直驅(qū)機(jī)器人，多數(shù)采用相對簡單的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，控制邏輯更直觀。但在開普勒的混合架構(gòu)里，行星滾柱絲杠直線執(zhí)行器與旋轉(zhuǎn)電機(jī)協(xié)同驅(qū)動(dòng)，每一個(gè)關(guān)節(jié)都需要在高負(fù)載和復(fù)雜動(dòng)作下保持精確控制。
這就意味著，上層控制器規(guī)劃的角度、速度和力矩，要實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為絲杠長度、速度與推力，再由電機(jī)執(zhí)行。而直線電機(jī)反饋的數(shù)據(jù)，又要反向換算成關(guān)節(jié)的角度、速度與力矩。這種復(fù)雜的雙向映射關(guān)系，就是所謂的“絲杠力學(xué)”，也是實(shí)現(xiàn)自然步態(tài)的前提。
第二重難點(diǎn)在于仿真與現(xiàn)實(shí)的差距（Sim-to-Real Gap）。
如果說絲杠力學(xué)是精度上的挑戰(zhàn)，那么仿真與現(xiàn)實(shí)之間的差距，則是落地性上的鴻溝。幾乎所有人形機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)都會面對所謂的 Sim-to-Real Gap：在虛擬仿真環(huán)境里跑得流暢自然，一旦切換到真實(shí)世界，就問題頻出。
原因在于，仿真世界往往過于理想化。它可以忽略關(guān)節(jié)摩擦、材料變形、地面微小的不平整；傳感器數(shù)據(jù)也被假設(shè)為“完美”，而現(xiàn)實(shí)中的 IMU 漂移、力矩傳感器噪聲、視覺延遲都會積累成姿態(tài)偏差；仿真環(huán)境通常是平坦的地面，但現(xiàn)實(shí)中機(jī)器人要面對的是坑洼、斜坡、突發(fā)外力甚至光照變化。
更麻煩的是，真實(shí)的執(zhí)行器存在響應(yīng)延遲和死區(qū)效應(yīng)，指令發(fā)出去并不會“秒到”；通信網(wǎng)絡(luò)也有延時(shí)，這些微小的差異足以讓看似完美的步態(tài)在實(shí)機(jī)上完全走樣。
針對這兩大難題，開普勒的應(yīng)對思路是“雙管齊下”。K2“大黃蜂”采用直線執(zhí)行器的混動(dòng)架構(gòu)，在力控環(huán)節(jié)中引入絲杠力學(xué)的精密計(jì)算，并輔以強(qiáng)化學(xué)習(xí)與模仿學(xué)習(xí)的結(jié)合，從而同時(shí)攻克了步態(tài)的靈活性與自然性問題。在復(fù)雜環(huán)境下，它能夠完成穩(wěn)定而靈活的步態(tài)切換；在日常行走中，則展現(xiàn)出類人直膝步態(tài)的自然效果。
在具體方法上，強(qiáng)化學(xué)習(xí)承擔(dān)了最基礎(chǔ)的“教學(xué)”角色。通過大規(guī)模并行的仿真實(shí)驗(yàn)，數(shù)千臺虛擬機(jī)器人被置于各類復(fù)雜場景之中：不同地形、不同執(zhí)行器特性，甚至絆倒、滑倒或外力干擾。GPU加速讓這種試錯(cuò)可以在極短時(shí)間內(nèi)完成，最終形成能夠應(yīng)對突發(fā)情況的魯棒性控制策略。
與此同時(shí)，模仿學(xué)習(xí)則讓“大黃蜂”具備了更接近人類的動(dòng)作特征。借助高保真的物理仿真器，僅需數(shù)小時(shí)便能生成相當(dāng)于數(shù)年的人體步態(tài)數(shù)據(jù)。機(jī)器人不僅學(xué)會了腳跟先著地、腳尖離地的細(xì)節(jié)動(dòng)作，還能做到手臂與腿部的自然擺動(dòng)，使整體步態(tài)更符合人類直覺。
在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，它像“老師”一樣為機(jī)器人指引方向：哪些行為更高效、更穩(wěn)定，哪些策略更能抵御擾動(dòng)。
經(jīng)過持續(xù)的反饋與優(yōu)化，K2“大黃蜂”逐步具備了在真實(shí)環(huán)境中高可靠行走的能力。相比單純的仿真訓(xùn)練，這種方法讓它不僅能在實(shí)驗(yàn)室中走得穩(wěn)，更能在工業(yè)生產(chǎn)線、物流倉儲等高復(fù)雜度場景中經(jīng)受住各種干擾，實(shí)現(xiàn)自然且穩(wěn)定的仿人步態(tài)。
同時(shí)，開普勒K2大黃蜂目前已經(jīng)可以通過分層模型 VLA+語義識別，聽懂自然語言指令，按照需求給大家分發(fā)物品，完成多種任務(wù)。
打賞
更多>同類行業(yè)資訊
