人形机器人正变得越来越强大、灵活和敏捷，比如波士顿动力公司最新版Atlas和宇树科技的Unitree H1。这些机器人的手臂和腿部都开始使用电机驱动，逐渐代替原来的液压装置。这种趋势在其他工业应用中也越来越明显。
与汽车动力系统电气化一样，工业自动化、医疗设备、移动机械以及人形机器人等行业中液压和气动驱动系统同样向电气化转变，其目的都是为了创造更多客户价值，提升系统效率和产品的环保性。
宇树科技电驱人形机器人Unitree H1高180 厘米，重 47 公斤。电池容量为864Wh，与高端电动自行车的电池容量相似。它的移动速度为每小时12公里，创造了人形机器人的新纪录
©Paul Schuell/eVolution
更稳定、更少维护、更高精度
结构简化：与液压或气动系统相比，电动执行器省去了额外的组件，如泵、软管、气缸和储油罐等。这帮助简化了机器人及工业设备设计的复杂性。此外，电机的使用还降低了机器的故障发生率和维护要求。使用电驱而非液压解决方案可避免因液压油泄漏造成的损失以及对环境带来的潜在危害。
支持电力驱动的另一个理由是，电驱系统更加紧凑，这点从最新版Atlas与其上一代版本的直观对比中就可以看出。采用电驱方式还可以大幅提升人形机器人的灵活性。例如，新版Atlas的许多关节都可以360度旋转，使机器人能够完成人类无法完成的动作。
电驱系统给人形机器人带来的优势同样体现在工业设备中，这些优势主要通过电动线性驱动来实现。得益于设计的简化，电动线性驱动更有利于系统集成，其启动的复杂度降低，因此速度更快。与液压和气动系统相比，电动线性驱动器简化了对力、位置、加速度和速度等过程参数的控制。
电动线性驱动在精度和动态性能方面带来的好处包括：平稳的定位运行、稳定的中间定位（无需停机），以及无论载荷和摩擦力如何变化，都能长时间精确地按程序设定的行程曲线运行。此外，电驱系统拥有足够的弹性。比如Unitree H1作为全球首款纯电驱动人形机器人，可以向后翻跟头，这在过去只有液压机器人才能做到。
人形机器人的市场前景
根据Horváth咨询公司发布的分析报告，高度灵活且在精细运动方面比人类还先进的生产级机器人将于2030年问世。该报告称，最早到2025年，具有一般能力的人形机器人就会批量生产，用于工业用途。
提高能效，减少碳足迹
显然，能效也是关键因素。液压或气动驱动系统在运行时，压缩机首先将电力转换为压力，然后再转换为驱动力，这种方式效率较低。液压系统的功率传输效率只有 44%，而机电系统则超过 80%。
与能效相关的另一大优势是，电力驱动只在需要时才消耗电力，而液压或气动系统则一直需要加压，导致一直消耗能量。目前，能量问题仍然是人形机器人开发所面临的主要挑战之一，正因为如此，人形机器人往往是短跑运动员，而不是马拉松运动员。
舍弗勒机器人技术
舍弗勒在机器人领域提供的产品除各类滚动轴承外，还包括精密减速机、支撑轴承、驱动电机、传感器和第七轴。尤其是模块化精密驱动系统（如下图），可节省将精密驱动集成到工业自动化中的时间和成本。
舍弗勒提供的模块化精密驱动系统
©Schaeffler
此外，压缩机和液压泵不仅噪音大，需要额外的安装空间，还会产生废热。液压和气动系统都需要大量的维护，所需的导阀也很敏感，容易出故障。
这些原因在很大程度上推动了机电执行器的普及应用。现在几乎没有哪个工业领域不在使用机电执行器。下面列举了一些人形机器人以外的应用：
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无论是机器人还是线性执行器，舍弗勒都能提供电气化解决方案
舍弗勒为快速增长的“直线运动”业务领域提供多样的机电线性驱动系统
©Schaeffler
舍弗勒认为，就像其他工业应用一样，执行器电动化同样是机器人行业的未来发展趋势。舍弗勒是这两个领域的系统及部件供应商。在机器人领域，除了各种滚动轴承，舍弗勒还提供谐波和行星减速器、模块化精密驱动系统、针对关节臂的完整解决方案等。
为了更好地服务客户，为客户提供一站式的定制化电动直线驱动技术解决方案，舍弗勒在工业事业群下成立了直线产品事业部，与直线运动相关的业务都集中在该事业部下。
舍弗勒直线产品事业部提供丰富的产品类别，拥有100多种针对不同行业及特定客户需求的解决方案，包括固定式和移动式用途。预计到2032年，全球电动线性技术解决方案的市场销量将从2022年的205亿美元增至343亿美元，增长高达67%。
作者：Carsten Paulun
摘自：舍弗勒集团技术期刊tomorrow
