具身智能正从科幻走进现实，但它的核心原理对很多人来说仍是一团迷雾。本文以人形机器人为例，深入拆解电机、减速器、丝杠等关键部件的工作原理，用最通俗的语言揭秘机器人如何实现『丝滑运动』。从行星减速器的齿轮咬合到RV减速器的抗冲击设计，再到六维力矩传感器的精妙平衡控制，带你读懂具身智能硬件的底层逻辑与商业化困境。
大家对机器人的概念并不陌生。提到机器人大家会觉得到这个东西是高科技。如果想详细了解它，需要耗费大量的时间。作为具身智能行业的产品经理。我想用小白也能理解的语言，将它的核心零部件拆解清楚。
本文会从以下几个角度阐述具身智能（硬件本体），后续会写篇对具身智能软件系统的文章。
首先对于具体身智能做一个基本定义，进行基础概念的扫盲其次以经典的人形机器人为例，将机器人核心组成部件处理拆解最后再简述一下我看到的具身智能商业化。一、具身智能扫盲1、什么是具身智能具身智能，英文Embodied AI，简称EAI, 它是依靠物理实体（如机器人、四足机器狗，自动驾驶车辆等）与环境交互来实现智能增长的智能系统。
注意，我们要将具身智能看作为一个系统，而不仅仅认为是一个会动的机器。终极版的具身智能在其与环境的交互过程中，通过感知、控制和自主学习积累知识和技能，提升自身的智能水平，并形成影响物理世界的能力。估计这种终极版的机器人出现要到很多年以后了，相信那个时候人类社会也将会发生震撼级的反应。
一款好的具身智能产品，需要它将感知、决策和执行紧密结合。其中最大的挑战就在于如何提升硬件性能、提高算法的泛化能力和系统集成的水平。
2、明确核心概念（1）EAI≠ 大模型+机器人（等物理实体），而是=AI+机器人（等物理实体）。现有的大模型虽有推理决策、语言和视觉能力，但不存在主观感觉能力，多少亿参数都不行（观点出自斯坦福教授李飞飞）。脑、身体和环境的深度耦合是产生高级认知的基础。这需要构建新一代人工智能算法，结合了脑神经、运控控制等复杂理论，推动具身智能实现认知涌现。
（2）EAI ≠ 人形机器人， EAI＞ 人形机器人。具身智能可以搭载到其他机器人，比如仿生机器人、机器狗、L4自动驾驶等；人形机器人只是具身智能的一种应用，也被认为是最理想的应用形态。但笔者认为目前来看人形未必是最理想的应用形态，脱离应用场景谈产品，纯属疯子。
（3）EAI ≠ 智能体Agent，两者各有交叉和侧重。 Agent 是代理人，既可以是虚拟世界的，如manus ， 也可以是物理世界的智能机器人，；而EAI一定要是真实世界的实体物体，如人形机器人。
具身智能形态但前主要有人形，四足机械狗，非正常生命体三种形态。
我们观察生命体，人类以及动物所做的所有运动，都可以理解为是直线运动+曲线运动组成的。所以要让具身智能可以看起来不机械，更有生命力。就需要将这两大运动配合得更加完美。
所以对于现在的具身智能来讲，大家都在为将上述的两大运动形式搭配更加丝滑而努力。丝滑是需要各种装置相互完美配合才能做到理性效果。下面会分别讲述为了实现机器人的直线运动和曲线运动，会用到哪些装置。
1、核心部件机器人核心组成部件：旋转关节，线性关节，灵巧手/足，软件系统
旋转关节其实就是电机+减速器；线性关节就是电机+丝杠
能理解电机、减速器、丝杠，这三个核心内容就能了解80%以上的机器人基本工作原理，所以下面分别就这三个核心内容进行讨论。
（1）基础物理概念简述：在详细讨论电机之前，还需要简要科普一些最少且必备理解电机的物理概念
①磁体：小时候我们玩的吸铁石，这种无需外接因素影响就能产生磁场的物品，称之为永磁体。还有一种是我们高中学到的物理知识——电磁体。通电以后，会产生电磁场，可以让一个原本没有磁场的物体产生磁场。
②定子：固定不动的一个磁体，定子可以稳定的提供磁场。
③转子：会发生旋转的一个磁体，转子的磁场会因为外界条件的影响，使磁场的强度和方向发生变化。
④直流电：电流固定沿着一个方向移动
⑤交流电：电流会周期性改变移动方向和电流大小
了解到以上基础物理概念，其实电机就学的差不多了，接下来就是理解它们之间是怎么配合工作的
（2）电机的定义：用电供能，将电能转化成机械能的一种装置。
（3）电机的工作原理：它其实就是由定子&转子组成的。通电时，电流通过线圈产生磁场，定子磁场恒定不变，当转子的磁场与定子的磁场相互排斥时，就形成了反作用力，因此让转子产生了运动。当转子能够持续的产生和定子互斥的磁场，此时就会持续的产生运动，使其线圈发生旋转。
（4）电机的两大类别（用于卖关子，先不直接说它们是什么）：直流永磁无刷伺服电机、交流永磁异步伺服电机
（5）电刷：上述提到的有刷，无刷，说的就是电刷这个装置，是否存在，存在就是有刷，不存在就是无刷。电刷是用于传递电子的一个媒介，它可以导电。电刷工作时因为摩擦力会产生一些噪音，摩擦过程中会产生很多热量，因此电刷是具有损耗性的。电刷的定义一旦理解了，那我们就学会了下面这两种直流电机。
①有刷直流电机：定子磁场恒定+转子磁场旋转
②无刷直流电机：转子磁场恒定+定子磁场旋转 （无刷直流电机，是通过三组线圈间歇性给每一组线圈通电产生磁场，进而改变磁场方向，推动转子转动）
交流电机中定子有自己的固定磁场，固定磁场产生了交流电，交流电又产生了磁场，这个磁场和之前定子的固定磁场力的作用是相互的
③同步和异步电机：其实就是转子和定子的速度是否能够一致，如果能，那就是同步，不能就是异步。
异步电机：由于转子旋转，是由于定子的磁场而出现的，所以是先有了定子，才有了转子的运动，因此转子的转速相比于定子的转速会慢一点。因此这种电机叫做异步电机同步电机：在异步电机的基础上，进行改装升级，这种电机叫做同步电机④伺服电机：这个电机并不是一个新的电机类别，只是在现有的电机基础上，增加了一个控制系统，可以更好的控制电机的转速，扭矩，位置等等。伺服说明了它的控制能力。伺服系统包括了驱动器，传感器，编码器等
⑤空心杯电机：就是直流永磁无刷电机，但是他的转子不是普通的铁芯和缠绕线圈，而是一种永磁体
⑥无框电机：没有传统机械外壳的电机，定子和转子是环状的。可以卡在传动轴上带动轴旋转，结构紧凑，体积小巧，就像甜甜圈
3、减速器在机器人里，电机天生就是“快跑选手”（转速高），但关节需要的是“大力士、慢动作”。为实现缓慢而有力的精准动作，就要请减速器来当这个“转换器”。
比方说自行车，踏板的力很大，但转速相对慢，这是高扭矩、低转速。减速器，就是自行车的“齿轮组”，它要在单位空间内实现更大的减速比，需要调节转速和扭矩。核心就是两件事：
①把电机的高转速降下来（比如电机转100圈，减速器输出轴只转1圈）
②同时把扭矩放大（100圈变1圈，输出扭矩放大100倍）
三大减速器介绍
（1）行星减速器：输入轴在中间转动，带动三个齿轮围绕转动，带外层大齿轮转动。
优点：结构紧凑、刚度较高、承载力强、价格相对亲民、能承受较大冲击。缺点：行星齿轮天生有背隙。这个背隙说的通俗一点就是用空隙，因为空袭的存在，会导致能量传输的缺失，一般放在机器人身体中对精度要求不是很高的位置中。（2）谐波减速器：波发生器把柔轮撑成椭圆形，长轴两端柔轮齿与刚轮齿完全啮合，短轴完全脱开。波发生器转一圈，柔轮会反向移动齿数差的距离，从而输出超大的减速比。很多机器人手腕和手臂关节都用谐波。是工业小机器人末端关节、人形机器人旋转关节的首选。
波发生器：一个椭圆凸轮，外面套一个薄壁柔性轴承。柔轮：一个很薄的、能弹性变形的杯状金属零件，外圈有齿。刚轮：一个刚性内齿圈，比柔轮多2个齿。优点：零背隙（因为时刻有很多齿在双侧预压啮合，没有间隙。这是它最牛逼的地方）、极高定位精度、体积小重量轻、单级减速比大（50~160常见）、运行平稳。缺点：柔轮是薄壁弹性元件，反复变形会疲劳。寿命受负载、转速影响；抗冲击能力弱（3）RV减速器：将扭矩分配到更多齿轮和传动元件上。内部空间很复杂，结构极其精密。第一层是行星减速器，第二层还有一个奇怪的减速器架构（这个第二层的架构原理我也没搞清楚，哈哈）。很多重型机器人的大关节里面必然有一个RV，我怀疑擎天柱这么强，里面就是用了好几个RV。据说RV能抗住几千公斤的冲击。
优点：逆天的刚性和抗冲击能力，精度寿命极长，背隙也能做到极低，力矩密度惊人。缺点：结构复杂，零部件极多，重量大，成本远高于谐波，且噪音和振动控制需要很高工艺。4、丝杠从物理学和运动学的角度来看：一切运动都是由直线运动和旋转运动组成的。减速器负责旋转运动，丝杠负责直线运动。（本质是这两项运动，但是实际工作中有很多的复合运动）
最简单的丝杠就是螺丝钉。使用螺丝刀做旋转运动，但是螺丝钉却是呈直线运动方式进入槽位。这就是最简单的丝杠。螺丝钉的这种运动方式，就是滑动丝杠。常见物品中还有千斤顶，F型钳。
丝杠的核心作用就是：把电机的高速旋转运动，精准转化为缓慢但推力巨大的直线运动。
（1）滑动丝杠：在结果展示层上，让丝杆产生水平滑动的效果，比如螺丝钉。一般机器人很少使用滑动丝杠。大型机械臂的肘部、肩部驱动，各种精密电缸、滑台模组内部，几乎都是滚珠丝杠。
优点：结构极其简单，成本极低，能自锁（垂直负载断电不掉），承载能力极强，抗冲击。缺点：效率低（通常30%-40%），磨损快，间隙巨大且无法消除，精度差，高速下剧烈发热。（2）滚珠丝杠：在丝杠中间加上一圈圈的滚动珠，减少摩擦力，可以更大效率的提升丝杠的传动的效率。
优点：传动效率很高（90%以上），摩擦损耗很低。配合预压技术，可彻底消除轴向间隙，实现极高定位精度。标准化程度极高，产业链成熟，型号从微型到数米长、承重数吨的都有。缺点：对粉尘异物敏感，长距离高速运转有极限（钢球循环冲击），细长轴会有抖动。（3）行星滚柱丝杠：是滚珠丝杠的升级版。类似像行星旋转的运动，这种运动轨迹呈现出来的丝杠，叫做行星滚柱丝杠。把珠子换成了带螺纹的、腰鼓形的小滚柱。多个滚柱像行星齿轮一样绕着丝杠轴排列，在一个保持架里同时啮合。特斯拉的一款机器人公开的方案就是行星滚柱丝杠。
优点：负载能力是滚珠丝杠的3-5倍（线接触 vs 点接触），抗冲击能力极强；刚度和寿命远高于滚珠丝杠，适合高频、高强度的连续往复运动。能做得更紧凑，推力密度惊人。缺点：价格昂贵，制造工艺极其复杂，全球能批量稳定供货的厂家屈指可数，供应高度集中。5、六维力矩传感器和IMU具身智能需要和真实的物理世界交互，这种交互需要硬件行动起来影响物理世界的某些物质。一种是不执行任何操作，无任何效率提升的物理位置移动；还有一种是需要完成某项工作的，提升效率的功能性交互。 很多时候这两类行动方式会搭配起来工作。
（1）第一种无操作行为的移动：移动方式多种多样化， 可以飞行移动，双轮滚动，双足行走，四足奔跑。其中双足形态是拟人化。正常人类行为的双足运动，受到小脑控制，在面对复杂的物理世界时，可以保持平衡，运动起来。对于具身智能来说，为了面对这个负责的物理世界，工程师们也给具身智能设计了小脑——IMU
IMU：机器人的小脑 （惯性单元，Inertial Measurement Unit）
我们要将机器人的身体比做人体。机器人的关节和躯干构成机器人的身体。机器视觉构成机器人眼睛，算法大模型构成了机器人的大脑，IMU就是机器人的小脑。小脑主要作用就是负责协调身体平衡的。IMU就是机器人的小脑。
IMU的组成与作用：加速度计+陀螺仪+磁力计。主要用于用于测量物体的加速度，角速度和磁场强度
为了让机器人搞清楚实时的运动状态，做到维持身体平衡和避开障碍物等功能，通常会采用六维力矩传感器+IMU+视觉系统。
IMU很多时候也是卫星系统的补充，当机器人在一个没有信号，无法进行卫星定位的地方行动时，IMU就可以充当卫星系统的角色。IMU的最核心难点就在于，如何提升它的精准度，降低它的计算误差，IMU的鲁棒性是需要在进一步的进行考验的。
现在IMU市面上主要有6轴和9轴，6轴IMU包含一个三轴加速度传感器，一个三轴陀螺仪；9轴IMU则多了一个三轴的磁力计。另外，对于采用MEMS技术的IMU，一般还内置有温度计进行实时的温度校准。
（2）第二种有操作行为的移动：这种操作是为了实现具体的工作内容。如搬运重物，清洁扫地。这种移动需要识别更多维度空间信息，需要计算大量的位置，力量等信息。保证具身智能完成功能内容。所以在这个过程中，就需要根本更加复杂的控制器——力矩传感器，触觉传感器。
a.一维力传感器：测量的是直线方向的力
b.一维力矩传感器：测量的是旋转方向的力
c.六维力矩传感器：可以同时测量三个空间维度的力，以及围绕这三个方向旋转的旋转力。所以称之为六维
d.六维力矩传感器，主要安装在机器人的手部和足底部（手部需要高度的精准度和灵活性，需要在多个方向进行旋转倾斜和移动，足底是和地面接触次数最多的重要部位，需要在多个方向进行平衡和稳定。六维力矩传感器检测足底倾斜姿态和位置）
e.触觉传感器：最典型的是压阻式。原理和最简单的力传感器类似。当有力施加到传感器上的时候，内部电阻会发生变化，进而将压力信号转变为数字信号。触觉传感器会有更加密集的接触点，可以测量接触面的形状，硬度，表面纹理等等，更加丰富的细节信息。其实触觉传感器，就是在一维力传感器的基础上，朝不同的功能纵向或者横向发散。
六维力矩传感器和触觉传感器最核心的区别：六维力矩传感器可以获取更多空间维度力的信息。所以当触觉传感器和六维力矩传感器搭配起来使用，可以解决灵巧手的灵巧问题。比方说，让机器人拿鸡蛋。
以上就是整个具身智能核心原件的概念介绍。 虽然说在尽量用白话讲清具身智能的原理和组成。但在实际研发过程中工程师们还会遇到很多的问题，具身智能是一门艺术。想让具身智能真的解决实际问题，还需要工程师们一起通力合作。
三、商业化的糊研乱宇关于具身智能，从我已知的信息来讲，短期内落地走到平常百姓家还不太现实。现在核心的商业化场景，主要集中B端。B端场景更聚焦，更单一。
我刚刚有提过具身智能解决的是物理世界的问题。他需要和物理世界做交互。物理世界是非常复杂的。 哪怕是一个开门的小动作，都有很多的说法。需要考虑门把手的形状，力的方向，力的大小，是否有油污，障碍物出现如何开门，等等。
所以场景越简单，越单一，变量越少，机器人越能落地。B端的工厂无疑是一个相对来说更加单纯的垂类场景。
现在C端用户购买机器人的数量比较少，购买机器人的这些用户不是为了解决问题，是出于新奇特的角度看待机器人。要么是想二次开发或者其他目的而购买的（如机器人租赁、发表论文）。
机器人走进C端用户家庭的时间，至少还要3年以上。主要是两个视角脉络导致的
企业视角：机器人的成本当他降到有足够的经济性时，才具备企业商业化的前提。（最近宇数G1机器人很便宜，不知道大家有没有上手体验）用户视角：用户购买的不是机器人，购买的是效率。解决不了问题的机器人，我会有一万个不买它的理由。不过我相信，具身智能一定会是是手机，汽车外的第三大电子消费品。它是最有有可能提升500m内生产效率的产品。
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