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拆解特斯拉机器人供应链:从业者们看到的泡沫和希望

[特斯拉] 拆解特斯拉机器人供应链:从业者们看到的泡沫和希望

之前，几乎所有人形机器人的执行器都是旋转关节，用单个电机让手腕或者膝盖翻转，多个关节联动就能行走、抓取。这项技术路径明确，零件都是现成的：一个关节里，电机经减速器放大扭矩并带动轴承；编码器把运动反馈成电信号，力矩传感器监测载荷。但旋转关节有个致命弱点——没法干活，因为力量来自电机的扭矩，在人类体积下，扭矩有限，于是承重受限。

特斯拉改用直线关节：电机绕丝杠旋转，把旋转变成直线推拉，像拧螺丝。丝杠既当 “骨头” 也当 “肌肉”。普通丝杠摩擦大、精度差，业界在螺纹里加滚珠，把滑动摩擦变滚动摩擦，却仍撑不起所需重量。

工程师于是把滚珠换成数十根小螺杆，让它们环绕主丝杠滚动、自转，像行星绕太阳，既减摩擦又增加承载力，才满足直线关节的力量和精度要求。

这就是行星滚柱丝杠，目前特斯拉选定的供应商包括舍佛勒、新剑传动和北特科技。特斯拉在 2023 年展示，人形机器人腿部的直线执行器可以挂住半吨重的钢琴。

行星滚柱丝杠来源：优仕特精密的 Youtube 视频。

左为旋转执行器，右为直线执行器。来源：特斯拉。

滚柱丝杠保证机器人的操作具备足够精度，且机械结构足够强韧。但要让机器人有足够的力气，还要加装另一个同样关键的部件——减速器。

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高速转动的小齿轮带动减速器的大齿轮，能在降低转速的同时，放大小齿轮的扭力，控制机器人发出的力道。特斯拉目前使用的 RV 减速器最高可以把电机输出的扭力放大 200 倍，供应商为哈默纳科和绿的谐波。

哈默纳科减速器。来源：哈默纳科官网。

执行器人形机器人的肢体有足够的自由度，可以尽可能模拟人的操作。要让它站稳、学会走路，还要给机器人加装陀螺仪、力传感器、速度传感器和控制器。

直到现在，所有人形机器人都无法做到安静行走，它们每走一步，脚都会重重砸向地面，没有公司能做到精确控制机器人行走时脚的力度。不少公司选择给机器人穿上鞋来缓冲。

很多机器人的脚是一块铁板，无法精确感知行走时路面的反馈，工程师的解决思路是在脚踝上安装六维力传感器，感受重心变化。

六维力传感器的工作方式与电子秤类似，但更复杂。它通过内部三根交叉的弹片的变形程度来测量三个方向产生的不同的压力，弹片每压弯一些，传导出的电信号就增强一些，反馈给控制器，转化成电机可以理解的语言，确定向哪个方向转动，速度是多少。目前业内最先进的六维力传感器对力距的测量误差小于 0.2%。

六维力传感器售价超过 1.2 万元人民币，对大部分机器人公司来说太贵了。特斯拉等公司意图优化软件来替代它，但还没人成功。目前特斯拉采用的六维力传感器来自美国得州的合成材料公司 ATI（和 AMD 收购的加拿大 GPU 芯片公司 ATI 没什么关系）。