宇樹(shù)機器人深度解析：Z1靈巧機械臂篇

人形機器人在A(yíng)I浪潮的加持下，正在以我們肉眼可見(jiàn)的速度，快速擴張，有朋友講，這個(gè)是泡沫的前兆，我們反問(wèn)，如果沒(méi)有泡沫，大家咋能賺錢(qián)呢？

本周約見(jiàn)一個(gè)智駕的老友與機器人領(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(chē)工業(yè)與交通體系作為底座，大產(chǎn)業(yè)，入局門(mén)檻高，人才+軟硬件+車(chē)廠(chǎng)資質(zhì)等，同時(shí)又是一個(gè)長(cháng)周期，超級耐心的賽道，場(chǎng)景復雜！

具身智能呢？創(chuàng )業(yè)公司總量高，場(chǎng)景分散，小團隊眾多，大家有點(diǎn)千軍萬(wàn)馬過(guò)獨木橋的意思，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！就像當年做app一樣！

相同點(diǎn)，都是基于A(yíng)I，大數據延伸的行業(yè)，不同點(diǎn)，一個(gè)是以汽車(chē)為載體發(fā)展，一個(gè)是以場(chǎng)景為載體發(fā)展！你是否認同呢？

言歸正傳，今天與杭州機器人專(zhuān)家一起介紹宇樹(shù)科技的Z1機械臂，從原理，參數，競品分析，產(chǎn)業(yè)鏈分析詳細介紹！

在此感謝杭州機器人專(zhuān)家對本文的支持！

◆Z１機械臂概述◆

Z1機械臂作為宇樹(shù)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)，展現出極高的靈巧性。

靈巧機械臂Z1（圖片來(lái)源：宇樹(shù)科技官網(wǎng)）

這款機械臂不僅適用于搭載在移動(dòng)機器人平臺完成抓取等任務(wù)，還能與四足機器人、輪式或履帶機器人等協(xié)同工作，探索如電力巡檢、消防救援、電商物流、新消費、日常生活等各種應用場(chǎng)景。同時(shí)Z1 靈巧機械臂具有開(kāi)放性的程序接口和拓展接口，機械臂末端可快速換裝不同執行器，能夠用于電商物流、新消費、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)機器人一起寫(xiě)協(xié)同完成復雜任務(wù)。

◆Z１機械臂原理◆

（一）結構設計

1. 模塊化設計

Z1機械臂的關(guān)節采用了高度模塊化的設計，整機共設有8個(gè)關(guān)節單元，且所有關(guān)節單元均采用了完全一致的設計。這種設計極大地降低了整機的制造成本及生產(chǎn)復雜度，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)節模組（圖片來(lái)源：宇樹(shù)科技官網(wǎng)）

每個(gè)關(guān)節單元都集成了減速機、電機、編碼器、驅動(dòng)等關(guān)鍵部件，形成了緊湊、高效的動(dòng)力傳輸系統。

2. 諧波傳動(dòng)技術(shù)

Z1機械臂采用了諧波傳動(dòng)技術(shù)，這是其實(shí)現高精度、高效率動(dòng)力傳輸的關(guān)鍵。

諧波傳動(dòng)是一種利用波發(fā)生器的彈性變形來(lái)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錯齒來(lái)傳遞運動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)方式。

相比傳統的齒輪傳動(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、運動(dòng)平穩等優(yōu)點(diǎn)。

在Z1機械臂中，諧波傳動(dòng)技術(shù)使得關(guān)節單元能夠在有限的體積內實(shí)現大扭矩輸出，同時(shí)保證了傳動(dòng)的精度和穩定性。

3. 雙電機并聯(lián)關(guān)節設計

為了提高機械臂的負載能力，Z1機械臂在負載較大的關(guān)節上采用了雙電機并聯(lián)的設計。

這種設計使得整機關(guān)節的負載能夠均衡分配，提高了機械臂的承載能力和穩定性。

雙電機并聯(lián)關(guān)節的設計還使得機械臂在運動(dòng)時(shí)能夠更加靈活和精準，能夠更好地適應各種復雜的工作環(huán)境。

（二）控制技術(shù)

1. 力控技術(shù)

Z1機械臂集成了力控技術(shù)，能夠實(shí)現對接觸力的精確控制。這種技術(shù)使得機械臂在抓取物體時(shí)能夠更加輕柔、穩定，避免對物體造成損傷。

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

2. 拖拽示教功能

Z1機械臂支持拖拽示教功能，用戶(hù)可以通過(guò)手動(dòng)拖動(dòng)機械臂末端執行器來(lái)示教機械臂的運動(dòng)軌跡。這種功能使得機械臂的編程和操作變得更加簡(jiǎn)單、直觀(guān)。

拖拽示教功能還使得機械臂能夠更好地適應各種復雜的工作環(huán)境，如處理不規則形狀的物體、進(jìn)行非結構化環(huán)境中的操作等。

3. 碰撞保護功能

Z1機械臂還具備碰撞保護功能，能夠在發(fā)生碰撞時(shí)自動(dòng)停止運動(dòng)，避免對機械臂或周?chē)h(huán)境造成損傷。這種功能提高了機械臂的安全性和可靠性。

◆Z1機械臂參數◆

（一）基本參數

基本參數（圖片來(lái)源：宇樹(shù)科技官網(wǎng)）

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

自由度：6軸，這是機械臂實(shí)現復雜運動(dòng)的基礎。自重：約4.3公斤（具體數值可能因不同型號或配置而有所差異），在保證足夠負載能力的同時(shí)，實(shí)現了輕量化設計。負載能力：能夠承載2公斤以上的負載，滿(mǎn)足大多數應用場(chǎng)景的需求。最大臂展：達到0.7米，使得機械臂能夠在較大的工作空間內進(jìn)行操作。重復定位精度：高達0.1mm以下，保證了機械臂在重復操作時(shí)的精度和穩定性。

（二）關(guān)節參數

關(guān)節參數（圖片來(lái)源：宇樹(shù)科技官網(wǎng)）

關(guān)節1（J1）：運動(dòng)范圍為±150°，最大速度為180°/s，這是機械臂實(shí)現大范圍運動(dòng)的關(guān)鍵關(guān)節。關(guān)節2（J2）：運動(dòng)范圍為0-180°，最大速度為180°/s。由于采用了雙電機并聯(lián)的設計，該關(guān)節的負載能力得到了顯著(zhù)提升。關(guān)節3（J3）：運動(dòng)范圍為-165°-0°，最大速度為180°/s，該關(guān)節的靈活運動(dòng)使得機械臂能夠更好地適應各種復雜的工作環(huán)境。關(guān)節4（J4）：運動(dòng)范圍為±80°，最大速度為180°/s，該關(guān)節的精確控制對于實(shí)現機械臂的精細操作至關(guān)重要。關(guān)節5（J5）：運動(dòng)范圍為±85°，最大速度為180°/s，該關(guān)節與關(guān)節4協(xié)同工作，共同實(shí)現機械臂末端的精確定位。運動(dòng)范圍為±160°，最大速度為180°/s，該關(guān)節是機械臂末端執行器的直接驅動(dòng)關(guān)節，其性能直接影響到機械臂的操作精度和穩定性。

（三）坐標系設置：

坐標系（圖片來(lái)源：宇樹(shù)科技官網(wǎng)）

此機械臂的坐標系設置主要包括兩個(gè)關(guān)鍵部分：世界坐標系和Gripper坐標系。

世界坐標系

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

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

Gripper坐標系

Gripper坐標系是固定在機械臂末端執行器上的局部參考框架。

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

在Gripper坐標系中，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軸正轉則表示夾持器繞z軸旋轉。

通過(guò)這兩個(gè)坐標系的結合使用，機械臂能夠實(shí)現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(guò)世界坐標系確定物體的絕對位置，然后通過(guò)Gripper坐標系調整末端執行器的姿態(tài)和位置，以確保精確抓取。

◆Z1機械臂競品對比◆

（一）與工業(yè)協(xié)作機器人的對比

1. 價(jià)格方面

工業(yè)協(xié)作機器人通常價(jià)格高昂，動(dòng)輒數十萬(wàn)甚至上百萬(wàn)。而Z1機械臂以其親民的價(jià)格（定價(jià)可低至1.6萬(wàn)元）在市場(chǎng)上脫穎而出。

這使得Z1機械臂在中小企業(yè)、教育市場(chǎng)等領(lǐng)域具有更強的競爭力。

2. 應用場(chǎng)景方面

工業(yè)協(xié)作機器人主要應用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)等場(chǎng)景，需要與人類(lèi)工人進(jìn)行緊密協(xié)作。

而Z1機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)機器人等平臺協(xié)同工作，探索更多元化的應用場(chǎng)景。

3. 靈活性方面

工業(yè)協(xié)作機器人雖然具有一定的靈活性，但受限于其結構和控制算法等因素，難以實(shí)現像Z1機械臂那樣的高精度、高效率操作。

Z1機械臂通過(guò)采用諧波傳動(dòng)技術(shù)、力控技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現了更加靈活和精準的操作。

4. 負載能力方面

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

而Z1機械臂在保持足夠負載能力的同時(shí)，實(shí)現了輕量化設計，使得其更加適用于移動(dòng)機器人等平臺。

（二）與其他移動(dòng)機器人機械臂的對比

1. 結構設計方面

市場(chǎng)上其他移動(dòng)機器人機械臂在結構設計上往往采用較為傳統的方案，如采用齒輪傳動(dòng)、串聯(lián)式關(guān)節設計等。

而Z1機械臂則采用了模塊化、諧波傳動(dòng)、雙電機并聯(lián)關(guān)節等創(chuàng )新設計，使得其在結構緊湊性、傳動(dòng)效率、負載能力等方面具有顯著(zhù)優(yōu)勢。

2. 控制算法方面

Z1機械臂集成了先進(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、易用性等方面表現出色。

而其他移動(dòng)機器人機械臂在控制算法上往往較為簡(jiǎn)單或缺乏創(chuàng )新，難以滿(mǎn)足復雜應用場(chǎng)景的需求。

3. 性?xún)r(jià)比方面

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

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)機器人技術(shù)的普及和應用。

◆機械臂市場(chǎng)產(chǎn)品分析◆

1. 遨博（AUBO）i5協(xié)作機器人

遨博的i5協(xié)作機器人是一款6自由度的機械臂，其設計緊湊輕量，自重僅為7.5公斤，但負載能力卻達到了5公斤。最大臂展為750毫米，能夠滿(mǎn)足大多數作業(yè)空間的需求。

遨博的i5協(xié)作機器人（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )）

重復定位精度高達0.05毫米，確保了作業(yè)的準確性和穩定性。這款機械臂支持力控和視覺(jué)引導，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協(xié)作的場(chǎng)景。

2. 新松（SIASUN）七軸協(xié)作機器人

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

新松（SIASUN）七軸協(xié)作機器人（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )）

重復定位精度更是達到了0.02毫米，滿(mǎn)足了高精度作業(yè)的要求。這款機械臂支持多種通訊協(xié)議和編程語(yǔ)言，適用于精密裝配、檢測以及復雜作業(yè)環(huán)境。

3. 節卡（JAKA）Zu系列協(xié)作機器人

節卡的Zu系列協(xié)作機器人也是一款6自由度的機械臂，自重7.5公斤，負載能力5公斤，最大臂展750毫米，重復定位精度0.02毫米。它采用了輕量化設計，特別適合狹小空間作業(yè)。

節卡（JAKA）Zu系列協(xié)作機器人（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )）

同時(shí)，它支持拖拽示教和視覺(jué)引導，使得操作更加直觀(guān)簡(jiǎn)便。易于安裝和部署，性?xún)r(jià)比高，是中小企業(yè)自動(dòng)化升級的理想選擇。

4. 發(fā)那科（FANUC）CR-7iA協(xié)作機器人

發(fā)那科的CR-7iA協(xié)作機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自由度的機械臂，自重7.5公斤，負載能力5公斤，最大臂展750毫米，重復定位精度0.05毫米。

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

這款機械臂支持力控和視覺(jué)系統，能夠應對多種工業(yè)應用場(chǎng)景。其穩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)作機器人

ABB的YuMi協(xié)作機器人以其雙臂設計而著(zhù)稱(chēng)，總重25公斤（雙臂），但單臂負載能力卻達到了0.5公斤，單臂最大臂展500毫米，重復定位精度0.02毫米。

ABB YuMi協(xié)作機器人（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )）

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

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

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

安川電機（Yaskawa）Motoman HC10協(xié)作機器人（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )）

這款機械臂支持力控和視覺(jué)引導，能夠靈活應對各種作業(yè)需求。易于編程和集成，使得它在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛應用。

7. 庫卡（KUKA）LBR iiwa協(xié)作機器人

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

庫卡（KUKA）LBR iiwa協(xié)作機器人（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )）

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

8. 史陶比爾（Staubli）TX2協(xié)作機器人

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

史陶比爾（Staubli）TX2協(xié)作機器人（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )）

這款機械臂以高精度、高速運動(dòng)能力強而著(zhù)稱(chēng)，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(jué)引導，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)研究院分析師預測，2024年中國機械臂市場(chǎng)規模將達193.4億元。根據QYResearch最新調研報告顯示，預計2029年全球全金屬機械臂市場(chǎng)規模將達到575億美元，未來(lái)幾年年復合增長(cháng)率CAGR為12.1%。

據不完全統計，目前，機械臂專(zhuān)利量件，其中，實(shí)用新型專(zhuān)利占比50.4%，發(fā)明公布專(zhuān)利占比30.6%，發(fā)明授權專(zhuān)利占比16.6%，外觀(guān)設計專(zhuān)利占比2.3%。

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

小結：宇樹(shù)科技作為當前市場(chǎng)的當紅炸子雞，最新的產(chǎn)品肯定會(huì )帶來(lái)一波小高潮。同時(shí)在未來(lái)市場(chǎng)需求將持續增長(cháng)，政策支持將進(jìn)一步加強，市場(chǎng)競爭與合作也將推動(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(chǎng)商的手里搶到一杯羹，讓我們拭目以待！