2025年3月7日，由《機器人技術與應用》雜志社發起并聯合中國機電一體化技術與應用協會主辦的「2025具身智能機器人發展大會」在天津國家會展中心成功舉辦！數千人齊聚，聚焦具身智能機器人產業前沿話題，剖析產業風口，共同探尋產業融合與落地的方向。
在主旨報告環節中，北京工業大學教授石照耀圍繞《靈動之樞：具身智能機器人關節技術的突破與應用》這一主題，展開了主題報告。
機器人作為新工業革命的核心裝備，其技術演進深刻影響著智能制造、社會服務乃至國防安全等諸多領域。而作為連接機械本體與控制系統的關鍵部件，機器人關節的技術水平直接決定了整機的運動精度、響應速度與作業效能。
一、機器人關節的智能化趨勢
過去十年，工業機器人發展迅速，而未來十年，人形機器人將成為新的風口。推動這一趨勢的三股力量包括：其一，市場需求呈現指數級增長，人形機器人、特種機器人等多元應用場景催動著技術革新；其二，國家政策持續賦能，將機器人技術列為戰略發展方向；其三，技術迭代加速，尤其人工智能與機電耦合技術的突破，為關節性能提升開辟了全新維度。
機器人關節的歷史演變主要由兩方面決定：一是精密傳動，二是控制系統。早期關節以組合式為主，將電機、減速器和傳感器等部件簡單集成；隨著機器人性能需求的提升，逐漸發展為一體化關節設計。當前，人形機器人對關節的要求已超越傳統工業機器人，其核心在于適應開放、不確定環境的動態性和精度要求。
二、關節設計面臨的挑戰
1.缺乏理論指導：關節設計涉及多個物理系統（電控、電機、減速器、傳感器等），它們之間相互作用復雜，缺乏一套完整的理論指導。
2.控制問題：人形機器人關節數量眾多，依賴一個大腦進行集中控制會導致負擔過重，需要實現關節的自適應和局部智能化。
3.動態精度與滯回問題：關節的動態性能和精度是關鍵指標，但傳統精度要求降低，對滯回（回差）的要求提高。
4.補償控制：機電耦合系統復雜，需要有效的補償控制策略來提升關節性能。
三、機器人關節理論與技術突破
核心創新：提出“動態精度”概念，將傳統靜態精度拓展為包含運動過程中誤差實時補償的綜合性指標，建立電-機-傳感耦合系統的誤差傳遞模型。
實現路徑：通過全鏈條誤差提取算法，將信號傳遞、機械傳動、傳感反饋各環節的誤差進行解耦分析，形成可量化的性能指標表達式，指導后續設計與控制優化。
2.廣義傳動誤差的全鏈條管理
理論突破：建立包含沖擊載荷、柔順工況的廣義傳動誤差評價體系，首次將動態工況下的誤差分布特性納入設計考量。
工程價值：通過傳動誤差曲線分析，實現“誤差分揀”設計范式，在減速器設計階段即可預測不同工況下的精度表現，使位置控制精度提升60%。
3.滯回特性的創新利用
范式轉變：突破傳統滯回控制僅關注損耗抑制的思維，提出通過構型優化、材料改性主動調控滯回曲線形狀。
應用場景：在抗沖擊關節設計中，利用滯回曲線能量耗散特性優化沖擊吸收；在精密傳動中，通過電控補償滯回非線性，提升系統抗干擾能力。
4.能量驅動的閉環控制架構
技術突破：開發基于能量反饋的反驅主動控制方法，通過自研測試儀器實現關節性能參數的數字化建模。
實施路徑：構建“性能催動-芯片集成-GPU控制”的硬件在環系統，形成“設計-測試-優化”的閉環迭代機制，顯著提升動態響應速度和能效。
四、機器人關節創新實踐
基于上述理論與技術突破，石照耀教授研究團隊在機器人關節領域開展了多項具體工作：
研發多款高性能關節：成功研發了諧波減速器關節、行星減速器關節、復合行星減速器關節和雙差減速器關節等多款高性能關節。這些關節在精度、動態性能和可靠性等方面均達到了國際先進水平，并已在多個領域得到了應用。
關節檢測設備與技術提升：研發了世界上首臺機器人關節檢測設備，該設備不僅能進行性能測試，還能通過技術手段提升關節的精度和性能。
構建關節性能完整表征與評價體系：建立了全面的關節性能表征與評價體系，包括12項基礎性能指標和34項拓展性能指標。該體系為關節的性能評估和優化提供了有力支持，有助于推動機器人關節技術的持續發展。
從產品到“關節云服務”：針對當前機器人關節行業面臨的競爭激烈、利用率低等問題，研究團隊提出了關節云服務的創新模式。通過將關節性能數據上傳至云端，實現遠程監控、性能評估和優化升級等服務，為關節用戶提供更便捷、高效的支持。
機器人關節技術正從“機械部件”向“智能器官”演進。北京工業大學精密工程研究所將持續深化理論創新，推動產學研用深度融合，為人形機器人產業發展提供核心技術支撐。石照耀教授表示，未來系統性突破，必能打造出真正具備類人運動智能的“靈動之樞”。
(本文根據“2025具身智能機器人發展大會”會議速記稿整理而成)