宇樹的人形機器人跳得出后空翻、跑得比博爾特還快,支撐這一切的,不是炫酷的動作算法,而是一顆拳頭大的關節電機,沒有它,宇樹機器人就是一堆廢鐵。
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啃下磁鐵材料的硬骨頭
曾經關節電機80%的份額被日本和德國牢牢攥在手里,宇樹一開始嘗試仿制,卻突然被斷供,工程師王興興瞬間明白:別人給你的永遠不是最好的,最好的只能自己造。
宇樹的第一場硬仗,從換磁鐵開始,要讓機器人完成后空翻,電機磁力必須夠強,磁力越強扭矩越大,翻得越高落地越穩。
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傳統電機用的鐵氧體磁鐵,磁力弱得像冰箱貼,宇樹需要的是黃豆體積內磁場強度翻兩三倍,只能用上釹鐵硼稀土永磁材料,但這種材料貴還怕熱。
工程師們自己買樣品、自己磨、自己試,第一批樣品失敗后沒放棄,找到寧波運升的工程師和工藝師泡在實驗室反復調試。
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磁鐵在顯微鏡下是一粒粒的小顆粒,必須像軍訓列隊一樣朝同一方向排列,排列越統一磁力越強。經過幾十輪試驗,同樣體積的電機扭矩提升了40%。
過去這種磁鐵只能從日德進口,貴得離譜,如今國產替代達到同等水平,成本直接降了40%。
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改寫繞組的彎道超車術
機器人要做前空翻,電機轉速必須夠快,轉速慢了翻不過去,落地就得摔個大馬趴。電機轉速取決于響應速度,突破口就在繞組,也就是電機里一圈圈的銅線。
傳統繞組用圓形銅線,就像筷子塞進鉛筆盒,縫隙很大,宇樹把圓線拍扁成扁平銅條,像鋪木地板一樣碼進電機,這就是扁線繞組。
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同樣的空間里,銅線多塞了20%到30%,電流反應更快,傳感器信號一來,電機幾乎沒有延遲就發力旋轉,前空翻落地穩得不晃。
當時能生產這種扁線繞組設備的企業被日德主導,一臺售價數百萬還受出口管制,宇樹從零開始造設備,一版一版改走線張力、排線精度,失敗了就重來,絕緣層報廢就再繞。
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啃下這塊硬骨頭花了大半年,最終電機響應延遲從幾毫秒降到了1到2毫秒,日德用了三十年的技術,宇樹用不到一年就攻克。
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給電機裝上智能恒溫系統
要讓機器人完成后空翻接前空翻的連續特技,電機必須扛得住高溫,如果不控溫,90%的電能會變成熱量,幾秒內電機內部就能沖到120℃,磁鋼永久褪磁,機器人當場歇菜。
宇樹打了三場溫控硬仗。
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第一步,加裝溫度傳感器,每秒監測幾百次關節內部溫度;第二步,把發熱大戶驅動器從關節里拆出來,裝到散熱更好的軀干位置,就像把發燙的電腦主機搬到空調旁;第三步,編寫智能溫控算法,溫度超標就自動降低電流,降溫后再恢復。
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測試過程中曾出現樣機連續跑三天后,最后一次沖刺溫度飆升、電路板燒毀的情況。
工程師們拆開電機一根線一根線排查,換了三次散熱風道,迭代了無數版代碼,最終系統跑通,持續高負荷運行時,電機核心溫度被穩穩控制在58℃,遠低于120℃的安全紅線。
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這套溫控系統經住了極端考驗:在新疆阿勒泰零下47.4℃的環境里,手機凍得自動關機。
宇樹的機器人卻自主行走了13萬步,依托北斗厘米級導航,在雪原上踩出一幅長186米、寬100米的冬奧主題圖案,上面印著2026字樣和兩座雪峰。
經過換磁鐵、改繞組、做溫控三場硬仗,宇樹的M107關節電機正式誕生。
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這款電機僅重1.8公斤,峰值扭矩360牛米,搭載它的H1人形機器人跑出了每秒10米的速度,比博爾特更快。
如今這顆中國自研的關節電機,已經叩響了IPO的大門,正如王興興所說,如果你24小時一直在思考一個問題,我不信問題解決不了,長期主義的堅持,終究會讓不可能變成可能。
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