宇樹機(jī)器人深度解析：Z1靈巧機(jī)械臂篇

人形機(jī)器人在AI浪潮的加持下，正在以我們?nèi)庋劭梢姷乃俣龋焖贁U(kuò)張，有朋友講，這個(gè)是泡沫的前兆，我們反問，如果沒有泡沫，大家咋能賺錢呢？

本周約見一個(gè)智駕的老友與機(jī)器人領(lǐng)域的朋友聊天，大家回顧智能駕駛的發(fā)展歷程，再展望具身智能的發(fā)展，有幾分相似，又有幾分不同！

智駕是高舉高打，有汽車工業(yè)與交通體系作為底座，大產(chǎn)業(yè)，入局門檻高，人才+軟硬件+車廠資質(zhì)等，同時(shí)又是一個(gè)長(zhǎng)周期，超級(jí)耐心的賽道，場(chǎng)景復(fù)雜！

具身智能呢？創(chuàng)業(yè)公司總量高，場(chǎng)景分散，小團(tuán)隊(duì)眾多，大家有點(diǎn)千軍萬馬過獨(dú)木橋的意思，大家在不同場(chǎng)景里面進(jìn)行試探，突圍，有點(diǎn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的意思！就像當(dāng)年做app一樣！

相同點(diǎn)，都是基于AI，大數(shù)據(jù)延伸的行業(yè)，不同點(diǎn)，一個(gè)是以汽車為載體發(fā)展，一個(gè)是以場(chǎng)景為載體發(fā)展！你是否認(rèn)同呢？

言歸正傳，今天與杭州機(jī)器人專家一起介紹宇樹科技的Z1機(jī)械臂，從原理，參數(shù)，競(jìng)品分析，產(chǎn)業(yè)鏈分析詳細(xì)介紹！

在此感謝杭州機(jī)器人專家對(duì)本文的支持！

◆Z１機(jī)械臂概述◆

Z1機(jī)械臂作為宇樹科技近期推出的重要產(chǎn)品，集成了6軸、諧波傳動(dòng)、力控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，展現(xiàn)出極高的靈巧性。

靈巧機(jī)械臂Z1（圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)）

這款機(jī)械臂不僅適用于搭載在移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)完成抓取等任務(wù)，還能與四足機(jī)器人、輪式或履帶機(jī)器人等協(xié)同工作，探索如電力巡檢、消防救援、電商物流、新消費(fèi)、日常生活等各種應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)Z1 靈巧機(jī)械臂具有開放性的程序接口和拓展接口，機(jī)械臂末端可快速換裝不同執(zhí)行器，能夠用于電商物流、新消費(fèi)、日常生活等多種場(chǎng)景；可與Unitree的Aliengo或B1等四足或其他移動(dòng)機(jī)器人一起寫協(xié)同完成復(fù)雜任務(wù)。

◆Z１機(jī)械臂原理◆

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1. 模塊化設(shè)計(jì)

Z1機(jī)械臂的關(guān)節(jié)采用了高度模塊化的設(shè)計(jì)，整機(jī)共設(shè)有8個(gè)關(guān)節(jié)單元，且所有關(guān)節(jié)單元均采用了完全一致的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)極大地降低了整機(jī)的制造成本及生產(chǎn)復(fù)雜度，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)節(jié)模組（圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)）

每個(gè)關(guān)節(jié)單元都集成了減速機(jī)、電機(jī)、編碼器、驅(qū)動(dòng)等關(guān)鍵部件，形成了緊湊、高效的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)。

2. 諧波傳動(dòng)技術(shù)

Z1機(jī)械臂采用了諧波傳動(dòng)技術(shù)，這是其實(shí)現(xiàn)高精度、高效率動(dòng)力傳輸?shù)年P(guān)鍵。

諧波傳動(dòng)是一種利用波發(fā)生器的彈性變形來使柔輪產(chǎn)生可控的彈性變形波，從而引起剛輪與柔輪齒間相對(duì)錯(cuò)齒來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)方式。

相比傳統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)，諧波傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、傳動(dòng)精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。

在Z1機(jī)械臂中，諧波傳動(dòng)技術(shù)使得關(guān)節(jié)單元能夠在有限的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)大扭矩輸出，同時(shí)保證了傳動(dòng)的精度和穩(wěn)定性。

3. 雙電機(jī)并聯(lián)關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)

為了提高機(jī)械臂的負(fù)載能力，Z1機(jī)械臂在負(fù)載較大的關(guān)節(jié)上采用了雙電機(jī)并聯(lián)的設(shè)計(jì)。

這種設(shè)計(jì)使得整機(jī)關(guān)節(jié)的負(fù)載能夠均衡分配，提高了機(jī)械臂的承載能力和穩(wěn)定性。

雙電機(jī)并聯(lián)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)還使得機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠更加靈活和精準(zhǔn)，能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境。

（二）控制技術(shù)

1. 力控技術(shù)

Z1機(jī)械臂集成了力控技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)接觸力的精確控制。這種技術(shù)使得機(jī)械臂在抓取物體時(shí)能夠更加輕柔、穩(wěn)定，避免對(duì)物體造成損傷。

力控技術(shù)還使得機(jī)械臂能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，如處理易碎物品、進(jìn)行精細(xì)操作等。

2. 拖拽示教功能

Z1機(jī)械臂支持拖拽示教功能，用戶可以通過手動(dòng)拖動(dòng)機(jī)械臂末端執(zhí)行器來示教機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡。這種功能使得機(jī)械臂的編程和操作變得更加簡(jiǎn)單、直觀。

拖拽示教功能還使得機(jī)械臂能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，如處理不規(guī)則形狀的物體、進(jìn)行非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的操作等。

3. 碰撞保護(hù)功能

Z1機(jī)械臂還具備碰撞保護(hù)功能，能夠在發(fā)生碰撞時(shí)自動(dòng)停止運(yùn)動(dòng)，避免對(duì)機(jī)械臂或周圍環(huán)境造成損傷。這種功能提高了機(jī)械臂的安全性和可靠性。

◆Z1機(jī)械臂參數(shù)◆

（一）基本參數(shù)

基本參數(shù)（圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)）

根據(jù)上圖，可以重點(diǎn)看一下以下幾個(gè)參數(shù)，此機(jī)械臂已經(jīng)躋身市場(chǎng)top3。

自由度：6軸，這是機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。自重：約4.3公斤（具體數(shù)值可能因不同型號(hào)或配置而有所差異），在保證足夠負(fù)載能力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)。負(fù)載能力：能夠承載2公斤以上的負(fù)載，滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景的需求。最大臂展：達(dá)到0.7米，使得機(jī)械臂能夠在較大的工作空間內(nèi)進(jìn)行操作。重復(fù)定位精度：高達(dá)0.1mm以下，保證了機(jī)械臂在重復(fù)操作時(shí)的精度和穩(wěn)定性。

（二）關(guān)節(jié)參數(shù)

關(guān)節(jié)參數(shù)（圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)）

關(guān)節(jié)1（J1）：運(yùn)動(dòng)范圍為±150°，最大速度為180°/s，這是機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)大范圍運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)2（J2）：運(yùn)動(dòng)范圍為0-180°，最大速度為180°/s。由于采用了雙電機(jī)并聯(lián)的設(shè)計(jì)，該關(guān)節(jié)的負(fù)載能力得到了顯著提升。關(guān)節(jié)3（J3）：運(yùn)動(dòng)范圍為-165°-0°，最大速度為180°/s，該關(guān)節(jié)的靈活運(yùn)動(dòng)使得機(jī)械臂能夠更好地適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境。關(guān)節(jié)4（J4）：運(yùn)動(dòng)范圍為±80°，最大速度為180°/s，該關(guān)節(jié)的精確控制對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的精細(xì)操作至關(guān)重要。關(guān)節(jié)5（J5）：運(yùn)動(dòng)范圍為±85°，最大速度為180°/s，該關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)4協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂末端的精確定位。運(yùn)動(dòng)范圍為±160°，最大速度為180°/s，該關(guān)節(jié)是機(jī)械臂末端執(zhí)行器的直接驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，其性能直接影響到機(jī)械臂的操作精度和穩(wěn)定性。

（三）坐標(biāo)系設(shè)置：

坐標(biāo)系（圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)）

此機(jī)械臂的坐標(biāo)系設(shè)置主要包括兩個(gè)關(guān)鍵部分：世界坐標(biāo)系和Gripper坐標(biāo)系。

世界坐標(biāo)系

這是機(jī)械臂操作的全局參考框架，用于確定機(jī)械臂及其末端執(zhí)行器（如抓手）在三維空間中的絕對(duì)位置和方向。

世界坐標(biāo)系的原點(diǎn)通常標(biāo)記為"X"、"Y"、"Z"，分別代表三個(gè)坐標(biāo)軸的方向。這些軸定義了機(jī)械臂操作空間的基本方向。

Gripper坐標(biāo)系

Gripper坐標(biāo)系是固定在機(jī)械臂末端執(zhí)行器上的局部參考框架。

它用于描述末端執(zhí)行器上各點(diǎn)在操作過程中的相對(duì)位置和姿態(tài)。這對(duì)于精確控制抓取和操作物體至關(guān)重要。

在Gripper坐標(biāo)系中，x軸正移表示夾持器沿x軸方向向前移動(dòng)；

y軸正移表示夾持器沿y軸方向向前移動(dòng)；

z軸正移則表示夾持器沿z軸方向移動(dòng)。而z軸正轉(zhuǎn)則表示夾持器繞z軸旋轉(zhuǎn)。

通過這兩個(gè)坐標(biāo)系的結(jié)合使用，機(jī)械臂能夠?qū)崿F(xiàn)在三維空間中的精確定位和操作。

例如，在抓取物體時(shí)，可以先通過世界坐標(biāo)系確定物體的絕對(duì)位置，然后通過Gripper坐標(biāo)系調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)和位置，以確保精確抓取。

◆Z1機(jī)械臂競(jìng)品對(duì)比◆

（一）與工業(yè)協(xié)作機(jī)器人的對(duì)比

1. 價(jià)格方面

工業(yè)協(xié)作機(jī)器人通常價(jià)格高昂，動(dòng)輒數(shù)十萬甚至上百萬。而Z1機(jī)械臂以其親民的價(jià)格（定價(jià)可低至1.6萬元）在市場(chǎng)上脫穎而出。

這使得Z1機(jī)械臂在中小企業(yè)、教育市場(chǎng)等領(lǐng)域具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2. 應(yīng)用場(chǎng)景方面

工業(yè)協(xié)作機(jī)器人主要應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線等場(chǎng)景，需要與人類工人進(jìn)行緊密協(xié)作。

而Z1機(jī)械臂則更加靈活多樣，不僅適用于工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景，還能與移動(dòng)機(jī)器人等平臺(tái)協(xié)同工作，探索更多元化的應(yīng)用場(chǎng)景。

3. 靈活性方面

工業(yè)協(xié)作機(jī)器人雖然具有一定的靈活性，但受限于其結(jié)構(gòu)和控制算法等因素，難以實(shí)現(xiàn)像Z1機(jī)械臂那樣的高精度、高效率操作。

Z1機(jī)械臂通過采用諧波傳動(dòng)技術(shù)、力控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更加靈活和精準(zhǔn)的操作。

4. 負(fù)載能力方面

工業(yè)協(xié)作機(jī)器人通常具有較大的負(fù)載能力，但這也導(dǎo)致其體積龐大、重量較重。

而Z1機(jī)械臂在保持足夠負(fù)載能力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了輕量化設(shè)計(jì)，使得其更加適用于移動(dòng)機(jī)器人等平臺(tái)。

（二）與其他移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂的對(duì)比

1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

市場(chǎng)上其他移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上往往采用較為傳統(tǒng)的方案，如采用齒輪傳動(dòng)、串聯(lián)式關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)等。

而Z1機(jī)械臂則采用了模塊化、諧波傳動(dòng)、雙電機(jī)并聯(lián)關(guān)節(jié)等創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使得其在結(jié)構(gòu)緊湊性、傳動(dòng)效率、負(fù)載能力等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2. 控制算法方面

Z1機(jī)械臂集成了先進(jìn)的力控技術(shù)和拖拽示教功能等控制算法，使得其在操作精度、靈活性、易用性等方面表現(xiàn)出色。

而其他移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂在控制算法上往往較為簡(jiǎn)單或缺乏創(chuàng)新，難以滿足復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

3. 性價(jià)比方面

在保證高性能的同時(shí)，Z1機(jī)械臂還以親民的價(jià)格吸引了大量用戶。與其他價(jià)格高昂的移動(dòng)機(jī)器人機(jī)械臂相比，Z1機(jī)械臂在性價(jià)比方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

這使得其更加適用于中小企業(yè)、教育市場(chǎng)等領(lǐng)域，推動(dòng)了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的普及和應(yīng)用。

◆機(jī)械臂市場(chǎng)產(chǎn)品分析◆

1. 遨博（AUBO）i5協(xié)作機(jī)器人

遨博的i5協(xié)作機(jī)器人是一款6自由度的機(jī)械臂，其設(shè)計(jì)緊湊輕量，自重僅為7.5公斤，但負(fù)載能力卻達(dá)到了5公斤。最大臂展為750毫米，能夠滿足大多數(shù)作業(yè)空間的需求。

遨博的i5協(xié)作機(jī)器人（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

重復(fù)定位精度高達(dá)0.05毫米，確保了作業(yè)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。這款機(jī)械臂支持力控和視覺引導(dǎo)，易于編程和集成，是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的得力助手，特別適用于需要人機(jī)協(xié)作的場(chǎng)景。

2. 新松（SIASUN）七軸協(xié)作機(jī)器人

新松的七軸協(xié)作機(jī)器人以其7自由度的設(shè)計(jì)脫穎而出，提供了極高的靈活性和作業(yè)范圍。自重8公斤，負(fù)載能力同樣為5公斤，但最大臂展延長(zhǎng)至1000毫米，使得它在更廣闊的空間內(nèi)也能游刃有余。

新松（SIASUN）七軸協(xié)作機(jī)器人（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

重復(fù)定位精度更是達(dá)到了0.02毫米，滿足了高精度作業(yè)的要求。這款機(jī)械臂支持多種通訊協(xié)議和編程語言，適用于精密裝配、檢測(cè)以及復(fù)雜作業(yè)環(huán)境。

3. 節(jié)卡（JAKA）Zu系列協(xié)作機(jī)器人

節(jié)卡的Zu系列協(xié)作機(jī)器人也是一款6自由度的機(jī)械臂，自重7.5公斤，負(fù)載能力5公斤，最大臂展750毫米，重復(fù)定位精度0.02毫米。它采用了輕量化設(shè)計(jì)，特別適合狹小空間作業(yè)。

節(jié)卡（JAKA）Zu系列協(xié)作機(jī)器人（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

同時(shí)，它支持拖拽示教和視覺引導(dǎo)，使得操作更加直觀簡(jiǎn)便。易于安裝和部署，性價(jià)比高，是中小企業(yè)自動(dòng)化升級(jí)的理想選擇。

4. 發(fā)那科（FANUC）CR-7iA協(xié)作機(jī)器人

發(fā)那科的CR-7iA協(xié)作機(jī)器人作為知名品牌的代表，技術(shù)領(lǐng)先，性能卓越。它同樣是一款6自由度的機(jī)械臂，自重7.5公斤，負(fù)載能力5公斤，最大臂展750毫米，重復(fù)定位精度0.05毫米。

發(fā)那科（FANUC）CR-7iA協(xié)作機(jī)器人（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

這款機(jī)械臂支持力控和視覺系統(tǒng)，能夠應(yīng)對(duì)多種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景。其穩(wěn)定的性能和可靠的品質(zhì)，使得它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域享有盛譽(yù)。

5. ABB YuMi協(xié)作機(jī)器人

ABB的YuMi協(xié)作機(jī)器人以其雙臂設(shè)計(jì)而著稱，總重25公斤（雙臂），但單臂負(fù)載能力卻達(dá)到了0.5公斤，單臂最大臂展500毫米，重復(fù)定位精度0.02毫米。

ABB YuMi協(xié)作機(jī)器人（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

這款機(jī)械臂靈活性極高，能夠完成復(fù)雜的雙臂協(xié)同作業(yè)。同時(shí)，它安全性好，具備碰撞檢測(cè)和停止功能，是人與機(jī)器人協(xié)作的理想選擇，特別適用于精密裝配和檢測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)景。

6. 安川電機(jī)（Yaskawa）Motoman HC10協(xié)作機(jī)器人

安川電機(jī)的Motoman HC10協(xié)作機(jī)器人也是一款緊湊輕量的6自由度機(jī)械臂。它自重7.5公斤，負(fù)載能力5公斤，最大臂展750毫米，重復(fù)定位精度0.02毫米。

安川電機(jī)（Yaskawa）Motoman HC10協(xié)作機(jī)器人（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

這款機(jī)械臂支持力控和視覺引導(dǎo)，能夠靈活應(yīng)對(duì)各種作業(yè)需求。易于編程和集成，使得它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

7. 庫(kù)卡（KUKA）LBR iiwa協(xié)作機(jī)器人

庫(kù)卡的LBR iiwa協(xié)作機(jī)器人以其7自由度和靈敏度極高而備受矚目。它自重14公斤，但負(fù)載能力卻達(dá)到了7公斤，最大臂展800毫米，滿足了更廣泛作業(yè)需求。

庫(kù)卡（KUKA）LBR iiwa協(xié)作機(jī)器人（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

重復(fù)定位精度0.05毫米，確保了作業(yè)的精確性。這款機(jī)械臂適合精密作業(yè)，支持力控和視覺引導(dǎo)，易于編程和集成。其技術(shù)成熟可靠，是自動(dòng)化生產(chǎn)線的優(yōu)選之一。

8. 史陶比爾（Staubli）TX2協(xié)作機(jī)器人

史陶比爾的TX2協(xié)作機(jī)器人同樣是一款6自由度的機(jī)械臂。它自重7.5公斤，負(fù)載能力5公斤，最大臂展750毫米，重復(fù)定位精度0.05毫米。

史陶比爾（Staubli）TX2協(xié)作機(jī)器人（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）

這款機(jī)械臂以高精度、高速運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)而著稱，能夠迅速完成各種作業(yè)任務(wù)。同時(shí)，它支持力控和視覺引導(dǎo)，易于編程和集成，使得它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

◆市場(chǎng)分析及產(chǎn)業(yè)鏈◆

中商產(chǎn)業(yè)研究院分析師預(yù)測(cè)，2024年中國(guó)機(jī)械臂市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)193.4億元。根據(jù)QYResearch最新調(diào)研報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2029年全球全金屬機(jī)械臂市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到575億美元，未來幾年年復(fù)合增長(zhǎng)率CAGR為12.1%。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前，機(jī)械臂專利量件，其中，實(shí)用新型專利占比50.4%，發(fā)明公布專利占比30.6%，發(fā)明授權(quán)專利占比16.6%，外觀設(shè)計(jì)專利占比2.3%。

全球機(jī)械臂市場(chǎng)前15強(qiáng)生產(chǎn)商排名及市場(chǎng)占有率如下圖：目前6軸是最主要的細(xì)分產(chǎn)品，占據(jù)大約37%的份額；目前工業(yè)制造是最主要的需求來源，占據(jù)大約25%的份額。

小結(jié)：宇樹科技作為當(dāng)前市場(chǎng)的當(dāng)紅炸子雞，最新的產(chǎn)品肯定會(huì)帶來一波小高潮。同時(shí)在未來市場(chǎng)需求將持續(xù)增長(zhǎng)，政策支持將進(jìn)一步加強(qiáng)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與合作也將推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)拓展。但是同時(shí)能不能從這些老牌廠商的手里搶到一杯羹，讓我們拭目以待！