科创中国
机器人智能关节
发布时间: 2025-10-22
基本信息
合作方式：
技术服务
成果类型：
发明专利
行业领域：
生物与新医药技术,医疗仪器技术、设备与医学专用软件
成果介绍
在机器人产业快速发展的背景下，智能关节作为机器人运动与操作的核心部件，其性能直接决定机器人的灵活性、动态响应与作业精度。然而，国内机器人关节长期依赖进口，存在三大痛点：一是核心技术被国外垄断（如日本谐波减速器、瑞士 maxon 电机），产品价格高昂（单套关节成本超万元）；二是国产关节动态性能不足，响应速度慢、负载能力弱，难以满足人形机器人高动态运动需求；三是缺乏专业测试设备，关节性能评估不全面，制约产品迭代升级。
北京工业大学材料与制造学部石照耀教授团队针对上述问题，开展机器人智能关节研究，掌握了成套核心技术。在设计领域，开发出具有自主知识产权的系列化产品，具备高动态性能（响应频率≥50Hz）、深度融合（集成驱动、传感、控制模块）特性，适配不同负载（5-500N・m）与精度需求；在测试领域，面向不同类型关节开发综合性能测试设备，可全面检测关节的传动精度、动态响应、寿命等 20 余项指标，填补国内空白，实现对关节性能的精准掌握。
成果亮点
当前机器人关节技术存在三大瓶颈：一是国外产品虽性能优异，但价格高（国产同类产品价格仅为其 1/3-1/2）且供应受限，难以满足国内机器人产业规模化需求；二是国产关节集成度低，多为 “电机 + 减速器” 简单组合，缺乏传感与智能控制模块，无法实现精准力控与故障诊断；三是测试技术落后，传统设备仅能检测静态参数，无法模拟机器人实际运动中的动态负载，导致关节实际使用性能与标称参数偏差大。
本项目的技术亮点在于 “性能突破 + 全链条自主化”：其一，高动态智能集成，关节内置高精度力矩传感器（精度≤0.5% FS）与智能控制芯片，可实时感知负载变化并动态调整输出，实现力控精度 ±1%，较传统关节提升 5 倍，满足人形机器人精细操作需求；其二，系列化适配设计，开发覆盖微小型（5-50N・m）、中型（50-200N・m）、大型（200-500N・m）的系列产品，分别适配服务机器人、工业机器人、特种机器人，兼容性强；其三，专业测试体系，自主研发的测试设备可模拟冲击、振动、高低温等复杂工况，实现动态性能、疲劳寿命等全维度检测，测试数据与实际使用场景吻合度达 95%，为关节优化提供科学依据。
团队介绍
1. 石照耀：项目负责人，北京工业大学材料与制造学部教授、博士生导师，机械工程领域权威专家，主持国家 863 计划、国家自然科学基金等项目 20 余项，在精密传动与智能装备领域发表 SCI 论文 100 余篇，获授权发明专利 50 余项，负责机器人智能关节的整体技术架构设计与核心算法研发；
2. （机械设计专家）：团队核心成员，副教授，专注于机器人关节结构优化与材料选型，主导高动态关节的机械传动系统开发，在谐波减速器、力矩传感器集成方面成果显著；
3. （控制算法专家）：讲师，负责关节智能控制模块开发，设计动态响应优化算法与故障诊断逻辑，提升关节的自适应能力与可靠性；
4. （测试技术专家）：高级工程师，主导综合性能测试设备的研发，制定关节性能评价指标体系，为产品迭代提供数据支撑。
团队依托北京工业大学的科研平台，融合机械设计、智能控制、材料科学等多学科技术，形成 “研发 - 测试 - 产业化” 完整链条，具备强大的技术攻坚与成果转化能力。
成果资料
产业化落地方案
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