仿生人型智能体的运作,可大致归纳为三大部分:驱动其行动的“执行系统”,感知周遭的“感知系统”,以及统筹全局的“控制系统”。这三者协同作用,构成了智能体在物理世界中自由活动的基础。
执行系统:驱动仿生体灵活运转的“肌肉”
执行系统赋予仿生人型智能体活动能力,其核心在于灵活关节的精妙设计,这高度依赖于丝杠、驱动电机和传动齿轮组等关键元件的协同工作,它们直接关系到智能体运动的精度与流畅度。以一家前瞻性企业推出的先进仿生机器人为例,其每条“手臂”和“腿部”就集成了数十个动力输出单元,其中,用于实现旋转、直线位移以及模拟人手精细操作的驱动单元,其生产成本占据了全部成本的半数以上,这充分说明了在这些核心组件上实现成本效益的重要性。在此背景下,本土的制造能力正展现出独特优势。
• 丝杠:直线运动的精密引导者。 作为实现直线关节的关键组件,丝杠主要分为两种:梯形丝杠和滚柱丝杠。其精密加工过程涉及车削、铣削和磨削等复杂工序,其中,高精度磨床在粗加工和精加工阶段发挥着不可替代的作用。目前,丝杠的造价在整体成本中占比可观(高达23.4%),因此,对其进行成本优化是产业界关注的焦点。
• 驱动电机:提供动力的“心脏”。 用于旋转关节和直线关节的,多采用无框力矩电机,以提供直接而精准的动力输出。而对于需要极致灵活度和细致操作的灵巧手,则常选用小型化、高效率的空心杯电机或无刷齿槽电机。驱动电机整体成本约占8.9%,是执行系统成本的重要组成部分,其性能直接影响智能体的运动表现。
• 传动齿轮组:实现动力传递与放大的“变速箱”。 主要服务于旋转关节,当前市场主流是谐波减速器,以其结构紧凑、传动精度高的特点备受青睐。而对于精度要求相对较低的关节,行星减速器也是不错的选择。传动齿轮组的成本占比约为4.1%,是实现精确力矩控制的关键。
感知系统:智能体与环境的“触角”
感知系统是仿生人型智能体感知外部世界、与环境建立联系的必要媒介,它通过集成多种传感器来实现。这些传感器能够将外部环境及自身状态的物理信号转化为电信号,进而传递给控制系统。传感器的应用大致可分为内部传感器(监测自身状态)和外部传感器(感知外部环境)。
对于仿生智能体而言,其核心传感器包括:
• 力矩传感器: 遍布于旋转和直线关节,用于感知和测量施加的力与力矩。在高度复杂的末端执行器(如手腕、脚腕)处,可集成六维力/力矩传感器,以实现更精细的柔顺控制。然而,这类传感器的制造成本和技术难度远高于单维力矩传感器,早期多用于特定领域的精密操控设备(如宇宙探索中的机械臂)。
• 视觉传感器: 负责“视物”。一些领先的仿生智能体采取纯粹的视觉方案,依靠摄像头进行环境识别与导航。另一些则倾向于多传感器融合,结合摄像头、激光雷达等多种感知手段,以提升其在复杂环境下的感知能力和适应性。
• 触觉传感器: 最新的设计迭代中,触觉传感器在仿生智能体的“手部”得到了显著增强,这被认为是引领行业未来发展趋势的重要“革新”,预示着智能体将能更精细地感知物体表面的材质、纹理甚至温度。
目前,各类传感器的综合成本占比约为24.7%,是构成感知系统的基础,并且是影响智能体智能化水平的关键因素。
控制系统:“大脑”的精密指挥
控制系统堪称仿生人型智能体的“智能大脑”,它负责实时精确地调控各机械部件的位置、速度和运动方向,确保智能体能够严格按照预设的运动轨迹和参数完成动作。由于不同仿生智能体应用场景的差异性,以及对计算能力需求的区别,控制器通常采用高度定制化、自主研发的方案,以满足其低功耗、高性能计算和高度集成化的严苛要求。






