宇樹機器人深度解析：Z1靈巧機械臂篇

人形機器人在AI浪潮的加持下，正在以我們?nèi)庋劭梢姷乃俣龋焖贁U張，有朋友講，這個是泡沫的前兆，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，同時又是一個長周期，超級耐心的賽道，場景復雜！

具身智能呢？創(chuàng)業(yè)公司總量高，場景分散，小團隊眾多，大家有點千軍萬馬過獨木橋的意思，大家在不同場景里面進行試探，突圍，有點移動互聯(lián)網(wǎng)的意思！就像當年做app一樣！

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

言歸正傳，今天與杭州機器人專家一起介紹宇樹科技的Z1機械臂，從原理，參數(shù)，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家對本文的支持！

◆Z１機械臂概述◆

Z1機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、力控技術(shù)等先進技術(shù)，展現(xiàn)出極高的靈巧性。

靈巧機械臂Z1（圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)）

這款機械臂不僅適用于搭載在移動機器人平臺完成抓取等任務，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景。同時Z1 靈巧機械臂具有開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(zhí)行器，能夠用于電商物流、新消費、日常生活等多種場景；可與Unitree的Aliengo或B1等四足或其他移動機器人一起寫協(xié)同完成復雜任務。

◆Z１機械臂原理◆

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計

1. 模塊化設(shè)計

Z1機械臂的關(guān)節(jié)采用了高度模塊化的設(shè)計，整機共設(shè)有8個關(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。這種設(shè)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(jié)模組（圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)）

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

2. 諧波傳動技術(shù)

Z1機械臂采用了諧波傳動技術(shù)，這是其實現(xiàn)高精度、高效率動力傳輸?shù)年P(guān)鍵。

諧波傳動是一種利用波發(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錯齒來傳遞運動和動力的傳動方式。

相比傳統(tǒng)的齒輪傳動，諧波傳動具有傳動比大、體積小、重量輕、傳動精度高、運動平穩(wěn)等優(yōu)點。

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

3. 雙電機并聯(lián)關(guān)節(jié)設(shè)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(jié)上采用了雙電機并聯(lián)的設(shè)計。

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

雙電機并聯(lián)關(guān)節(jié)的設(shè)計還使得機械臂在運動時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?qū)崿F(xiàn)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能夠更加輕柔、穩(wěn)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，用戶可以通過手動拖動機械臂末端執(zhí)行器來示教機械臂的運動軌跡。這種功能使得機械臂的編程和操作變得更加簡單、直觀。

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(guī)則形狀的物體、進行非結(jié)構(gòu)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)生碰撞時自動停止運動，避免對機械臂或周圍環(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(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，可以重點看一下以下幾個參數(shù)，此機械臂已經(jīng)躋身市場top3。

自由度：6軸，這是機械臂實現(xiàn)復雜運動的基礎(chǔ)。自重：約4.3公斤（具體數(shù)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，實現(xiàn)了輕量化設(shè)計。負載能力：能夠承載2公斤以上的負載，滿足大多數(shù)應用場景的需求。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(nèi)進行操作。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）：運動范圍為±150°，最大速度為180°/s，這是機械臂實現(xiàn)大范圍運動的關(guān)鍵關(guān)節(jié)。關(guān)節(jié)2（J2）：運動范圍為0-180°，最大速度為180°/s。由于采用了雙電機并聯(lián)的設(shè)計，該關(guān)節(jié)的負載能力得到了顯著提升。關(guān)節(jié)3（J3）：運動范圍為-165°-0°，最大速度為180°/s，該關(guān)節(jié)的靈活運動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(jié)4（J4）：運動范圍為±80°，最大速度為180°/s，該關(guān)節(jié)的精確控制對于實現(xiàn)機械臂的精細操作至關(guān)重要。關(guān)節(jié)5（J5）：運動范圍為±85°，最大速度為180°/s，該關(guān)節(jié)與關(guān)節(jié)4協(xié)同工作，共同實現(xiàn)機械臂末端的精確定位。運動范圍為±160°，最大速度為180°/s，該關(guān)節(jié)是機械臂末端執(zhí)行器的直接驅(qū)動關(guān)節(jié)，其性能直接影響到機械臂的操作精度和穩(wěn)定性。

（三）坐標系設(shè)置：

坐標系（圖片來源：宇樹科技官網(wǎng)）

此機械臂的坐標系設(shè)置主要包括兩個關(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(zhí)行器（如抓手）在三維空間中的絕對位置和方向。

世界坐標系的原點通常標記為"X"、"Y"、"Z"，分別代表三個坐標軸的方向。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(zhí)行器上的局部參考框架。

它用于描述末端執(zhí)行器上各點在操作過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；

y軸正移表示夾持器沿y軸方向向前移動；

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

通過這兩個坐標系的結(jié)合使用，機械臂能夠?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，可以先通過世界坐標系確定物體的絕對位置，然后通過Gripper坐標系調(diào)整末端執(zhí)行器的姿態(tài)和位置，以確保精確抓取。

◆Z1機械臂競品對比◆

（一）與工業(yè)協(xié)作機器人的對比

1. 價格方面

工業(yè)協(xié)作機器人通常價格高昂，動輒數(shù)十萬甚至上百萬。而Z1機械臂以其親民的價格（定價可低至1.6萬元）在市場上脫穎而出。

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

2. 應用場景方面

工業(yè)協(xié)作機器人主要應用于工業(yè)自動化生產(chǎn)線等場景，需要與人類工人進行緊密協(xié)作。

而Z1機械臂則更加靈活多樣，不僅適用于工業(yè)自動化場景，還能與移動機器人等平臺協(xié)同工作，探索更多元化的應用場景。

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(jié)構(gòu)和控制算法等因素，難以實現(xiàn)像Z1機械臂那樣的高精度、高效率操作。

Z1機械臂通過采用諧波傳動技術(shù)、力控技術(shù)等先進技術(shù)，實現(xiàn)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，實現(xiàn)了輕量化設(shè)計，使得其更加適用于移動機器人等平臺。

（二）與其他移動機器人機械臂的對比

1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

市場上其他移動機器人機械臂在結(jié)構(gòu)設(shè)計上往往采用較為傳統(tǒng)的方案，如采用齒輪傳動、串聯(lián)式關(guān)節(jié)設(shè)計等。

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

2. 控制算法方面

Z1機械臂集成了先進的力控技術(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。

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

3. 性價比方面

在保證高性能的同時，Z1機械臂還以親民的價格吸引了大量用戶。與其他價格高昂的移動機器人機械臂相比，Z1機械臂在性價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)、教育市場等領(lǐng)域，推動了移動機器人技術(shù)的普及和應用。

◆機械臂市場產(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(shè)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，能夠滿足大多數(shù)作業(yè)空間的需求。

遨博的i5協(xié)作機器人（圖片來源：網(wǎng)絡）

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

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(shè)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)作機器人（圖片來源：網(wǎng)絡）

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

3. 節(jié)卡（JAKA）Zu系列協(xié)作機器人

節(jié)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(shè)計，特別適合狹小空間作業(yè)。

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

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

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（圖片來源：網(wǎng)絡）

這款機械臂支持力控和視覺系統(tǒng)，能夠應對多種工業(yè)應用場景。其穩(wěn)定的性能和可靠的品質(zhì)，使得它在工業(yè)自動化領(lǐng)域享有盛譽。

5. ABB YuMi協(xié)作機器人

ABB的YuMi協(xié)作機器人以其雙臂設(shè)計而著稱，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（圖片來源：網(wǎng)絡）

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，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（圖片來源：網(wǎng)絡）

這款機械臂支持力控和視覺引導，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，滿足了更廣泛作業(yè)需求。

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

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)，支持力控和視覺引導，易于編程和集成。其技術(shù)成熟可靠，是自動化生產(chǎn)線的優(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（圖片來源：網(wǎng)絡）

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

◆市場分析及產(chǎn)業(yè)鏈◆

中商產(chǎn)業(yè)研究院分析師預測，2024年中國機械臂市場規(guī)模將達193.4億元。根據(jù)QYResearch最新調(diào)研報告顯示，預計2029年全球全金屬機械臂市場規(guī)模將達到575億美元，未來幾年年復合增長率CAGR為12.1%。

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前，機械臂專利量件，其中，實用新型專利占比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)計專利占比2.3%。

全球機械臂市場前15強生產(chǎn)商排名及市場占有率如下圖：目前6軸是最主要的細分產(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)：宇樹科技作為當前市場的當紅炸子雞，最新的產(chǎn)品肯定會帶來一波小高潮。同時在未來市場需求將持續(xù)增長，政策支持將進一步加強，市場競爭與合作也將推動技術(shù)進步和市場拓展。但是同時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！