人形機(jī)器人作為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的前沿代表，正逐步滲透至諸多行業(yè)，其獨(dú)特的功能與廣泛的適應(yīng)性彰顯出巨大價(jià)值。然而，伴隨這一先進(jìn)技術(shù)而來(lái)的維護(hù)難題，成為了制約其進(jìn)一步大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

　　相較于傳統(tǒng)的、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的機(jī)器人系統(tǒng)，人形機(jī)器人內(nèi)部構(gòu)造呈現(xiàn)出高度復(fù)雜性，包含數(shù)量眾多的關(guān)節(jié)以及精密的活動(dòng)部件。這些部件在協(xié)同工作過程中，極大地增加了磨損與故障發(fā)生的概率。由此產(chǎn)生的高昂維護(hù)成本以及頻繁的停機(jī)現(xiàn)象，不僅對(duì)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)造成顯著干擾，還在很大程度上限制了人形機(jī)器人的部署范圍與整體效能發(fā)揮。為有效應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，免維護(hù)組件、先進(jìn)材料等一系列創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為推動(dòng)人形機(jī)器人邁向更高可靠性與成本效益的核心驅(qū)動(dòng)力。接下來(lái)，本文將深入剖析人形機(jī)器人維護(hù)工作的復(fù)雜性，并探討免維護(hù)技術(shù)的最新進(jìn)展及其應(yīng)用前景。

　　一、 人形機(jī)器人面臨的維護(hù)難題

　　(一)形機(jī)器人設(shè)計(jì)的復(fù)雜性

　　人形機(jī)器人由數(shù)十個(gè)需精確協(xié)同工作的關(guān)節(jié)與運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成，這一復(fù)雜結(jié)構(gòu)意味著，任何單一部件的失效都可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)被迫中斷運(yùn)行，接受全面的維護(hù)與修復(fù)。與龍門、協(xié)作機(jī)器人等相對(duì)簡(jiǎn)易的自動(dòng)化或機(jī)器人解決方案相比，人形機(jī)器人由于部件數(shù)量眾多、運(yùn)動(dòng)模式復(fù)雜，其組件發(fā)生磨損和故障的概率大幅增加。

▲ 自由度和復(fù)雜程度對(duì)比 (圖片來(lái)源：RBTX網(wǎng)站)。

　　此外，設(shè)計(jì)人員還需充分考量人形機(jī)器人廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景。從日常運(yùn)營(yíng)的倉(cāng)庫(kù)、購(gòu)物中心，到環(huán)境惡劣的建筑工地，再到危險(xiǎn)重重的救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，人形機(jī)器人在不同環(huán)境下的工作需求對(duì)其設(shè)計(jì)提出了極高要求。這就要求在設(shè)計(jì)階段，必須綜合考慮各種潛在應(yīng)用場(chǎng)景的特點(diǎn)與需求，確保機(jī)器人在多樣化環(huán)境中都能穩(wěn)定運(yùn)行并有效執(zhí)行任務(wù)。

　　(二)停機(jī)時(shí)間與維修成本

　　盡管機(jī)器人在單次工作時(shí)長(zhǎng)方面遠(yuǎn)超人類，但仍需定期停機(jī)進(jìn)行充電、維護(hù)以及系統(tǒng)更新等必要操作，其中維護(hù)成本在整個(gè)生命周期成本中占據(jù)相當(dāng)大的比重。因此，在制定人形機(jī)器人項(xiàng)目預(yù)算時(shí)，持續(xù)的維護(hù)費(fèi)用應(yīng)作為關(guān)鍵因素予以充分考慮，特別是在一些對(duì)設(shè)備磨損較為敏感的行業(yè)應(yīng)用中。

　　以國(guó)內(nèi)市場(chǎng)情況為例，根據(jù)相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)機(jī)器人每年的維護(hù)成本約占其購(gòu)買價(jià)格的 10% - 20%。例如，國(guó)內(nèi)某知名機(jī)器人服務(wù)企業(yè)對(duì)其維護(hù)的多臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)機(jī)器人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，這些機(jī)器人購(gòu)買價(jià)格區(qū)間在 10 - 50 萬(wàn)元不等，每年實(shí)際維護(hù)成本則處于 1 - 10 萬(wàn)元區(qū)間。而對(duì)于技術(shù)更為復(fù)雜的人形機(jī)器人，若涉及專業(yè)技術(shù)人員的維護(hù)服務(wù)，還將產(chǎn)生額外的高額費(fèi)用。

　　以國(guó)內(nèi)常見的某款商用人形機(jī)器人產(chǎn)品為例，其市場(chǎng)售價(jià)在 20 - 30 萬(wàn)元，經(jīng)實(shí)際使用數(shù)據(jù)反饋，每年僅基礎(chǔ)維護(hù)成本至少達(dá)到 2 - 3 萬(wàn)元，這還未涵蓋因聘請(qǐng)專業(yè)技術(shù)人員而產(chǎn)生的額外開支。對(duì)于工業(yè)領(lǐng)域使用的更為大型、功能更為復(fù)雜的類人機(jī)器人，據(jù)權(quán)威行業(yè)報(bào)告顯示，其每年維護(hù)成本可能高達(dá) 20 - 100 萬(wàn)元，且同樣未包含特殊維護(hù)服務(wù)所產(chǎn)生的額外費(fèi)用。

　　人形機(jī)器人不僅維護(hù)成本高昂，其停機(jī)時(shí)間對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的影響也不容小覷。若在生產(chǎn)計(jì)劃制定過程中未能充分考慮停機(jī)因素，一旦發(fā)生計(jì)劃外停機(jī)事件，極有可能導(dǎo)致生產(chǎn)流程中斷、項(xiàng)目進(jìn)度延遲，進(jìn)而造成長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)力損失，對(duì)產(chǎn)線節(jié)拍要求嚴(yán)格的企業(yè)，例如汽車裝配線，其產(chǎn)生的負(fù)面影響可能會(huì)非常巨大。

　　(三)頻繁維護(hù)對(duì)機(jī)器人部署的影響

　　人形機(jī)器人頻繁的維護(hù)需求，在實(shí)際部署過程中，尤其是在遠(yuǎn)程區(qū)域或危險(xiǎn)環(huán)境應(yīng)用場(chǎng)景中，會(huì)成為一個(gè)重大阻礙。目前，對(duì)人形機(jī)器人進(jìn)行維護(hù)作業(yè)，仍高度依賴專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)操作。然而，在許多適合人形機(jī)器人工作的特殊環(huán)境中，如偏遠(yuǎn)地區(qū)、災(zāi)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)等，人員抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)不僅困難重重，還可能面臨極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。這一現(xiàn)實(shí)問題不僅嚴(yán)重打亂了機(jī)器人的部署計(jì)劃，也促使工程師在設(shè)計(jì)階段便開始深入思考如何通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，最大程度地減少甚至消除人形機(jī)器人的維護(hù)需求。

　　二、 免維護(hù)組件的優(yōu)勢(shì)

　　在降低人形機(jī)器人維護(hù)頻率、提升其運(yùn)行穩(wěn)定性的眾多解決方案中，采用免維護(hù)塑料部件成為一種極具潛力的有效途徑。

　　(一)減少對(duì)潤(rùn)滑和部件更換的需求

　　經(jīng)過特殊摩擦優(yōu)化設(shè)計(jì)的塑料部件，通過將固體潤(rùn)滑劑均勻嵌入材料內(nèi)部，構(gòu)建了一種長(zhǎng)效、穩(wěn)定的潤(rùn)滑機(jī)制。這一創(chuàng)新設(shè)計(jì)完全摒棄了傳統(tǒng)手動(dòng)潤(rùn)滑組件的繁瑣操作，同時(shí)顯著降低了因潤(rùn)滑不足或不當(dāng)導(dǎo)致部件失效進(jìn)而需要頻繁更換部件的可能性，并且由于潤(rùn)滑材料并非分層結(jié)構(gòu)或涂于表層，軸承耐偏載能力更強(qiáng)。另外，通過纖維纏繞機(jī)構(gòu)還可大幅提升塑料軸承的承載能力，這種軸承材料已經(jīng)成功應(yīng)用于工程機(jī)械、農(nóng)機(jī)等重載環(huán)境。

▲ iglidur自潤(rùn)滑軸承材料結(jié)構(gòu)和纖維纏繞軸承重載應(yīng)用

　　(二)增加正常運(yùn)行時(shí)間和生產(chǎn)力

　　通過應(yīng)用高性能塑料部件，機(jī)器人所需的維護(hù)工作量得以大幅削減，這直接轉(zhuǎn)化為正常運(yùn)行時(shí)間的顯著延長(zhǎng)。而更長(zhǎng)的正常運(yùn)行時(shí)間無(wú)疑對(duì)整體生產(chǎn)效率產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用，有助于企業(yè)更快地實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　(三)降低長(zhǎng)期成本

　　減少維護(hù)工作所帶來(lái)的另一個(gè)直接效益，便是整體長(zhǎng)期成本的有效降低。免維護(hù)組件由于無(wú)需頻繁更換以及定期維護(hù)，在機(jī)器人整個(gè)使用壽命周期內(nèi)，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省大量的資金投入，包括維護(hù)材料成本、人工成本以及因停機(jī)造成的生產(chǎn)損失成本等。

　　(四)在各種環(huán)境中增強(qiáng)可靠性

　　由于塑料部件不含有傳統(tǒng)油脂類潤(rùn)滑劑，在惡劣環(huán)境條件下，其性能表現(xiàn)展現(xiàn)出更高的可靠性。無(wú)油脂設(shè)計(jì)使其具備出色的抗污垢、防塵以及耐腐蝕能力，特別適用于諸如建筑工地、災(zāi)難救援現(xiàn)場(chǎng)、粉塵污染嚴(yán)重的倉(cāng)庫(kù)等復(fù)雜、惡劣的工作環(huán)境，確保機(jī)器人在不同場(chǎng)景下都能穩(wěn)定運(yùn)行，持續(xù)發(fā)揮作用。

　　此外，通過先進(jìn)的材料技術(shù)，塑料還可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，使其具備多樣化特性，進(jìn)一步拓展了人形機(jī)器人在不同行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。比如，符合 FDA 標(biāo)準(zhǔn)的食品級(jí)安全材料制造，可在對(duì)衛(wèi)生條件要求極高的環(huán)境，如食品加工、醫(yī)療等行業(yè)領(lǐng)域中安全、可靠運(yùn)行。;可承受重載的材料，在工業(yè)搬運(yùn)機(jī)器人上大顯身手;具備高化學(xué)抗性的材料，適用于化工環(huán)境作業(yè)的機(jī)器人;還有耐老化的材料，為長(zhǎng)期戶外作業(yè)的機(jī)器人提供堅(jiān)實(shí)保障;ESD材料可用于有防靜電的場(chǎng)合。同時(shí)，為積極響應(yīng)全球環(huán)保倡議，iglide 軸承還創(chuàng)新性地推出了不含 PFAS 和 PTFE 的環(huán)保材料選項(xiàng)，滿足了不同客戶對(duì)于綠色、可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品的需求。

　　三、 igus 人形機(jī)器人免維護(hù)解決方案

　　易格斯(igus)作為全球摩擦優(yōu)化塑料部件制造領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，擁有60 年的深厚技術(shù)積累與豐富行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。五條主要產(chǎn)品線均廣泛應(yīng)用了先進(jìn)的塑料材料技術(shù)，為人形機(jī)器人的部件選型提供了全面、多樣化的解決方案。

　　(一)用于手指、手腕等關(guān)節(jié)的軸承

　　igubal 自調(diào)心軸承系列，經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證，是應(yīng)用于人形機(jī)器人關(guān)節(jié)部位的理想選擇。igubal 軸承不僅充分繼承了 igus 塑料材料的諸多優(yōu)勢(shì)，如優(yōu)異的耐磨性能、自潤(rùn)滑特性等，與傳統(tǒng)金屬材質(zhì)的同類產(chǎn)品相比，還實(shí)現(xiàn)了顯著的成本降低與重量減輕。

▲ Igubal關(guān)節(jié)軸承。

　　iglidur滑動(dòng)軸承和回轉(zhuǎn)環(huán)支承產(chǎn)品同樣被人形機(jī)器人使用。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上充分考慮了多樣化應(yīng)用場(chǎng)景需求，提供豐富的尺寸規(guī)格選擇，并配備多種可選附件與功能模塊，如高精度夾具、可調(diào)節(jié)角度擋塊、高效毛氈密封件等，為用戶提供了高度定制化的解決方案。

　　(二)耐磨線性導(dǎo)軌和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)直線運(yùn)動(dòng)

　　igus 研發(fā)的高精度 drylin 直線滑動(dòng)軸承、滑塊和執(zhí)行器，能夠在多種不同類型的導(dǎo)軌輪廓上實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、低噪音的高效運(yùn)行。導(dǎo)軌材料涵蓋了透明陽(yáng)極氧化和硬質(zhì)陽(yáng)極氧化鋁，以及多種系列的優(yōu)質(zhì)不銹鋼。

　　此外，igus 還提供性能卓越的皮帶驅(qū)動(dòng)和絲杠驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。這些執(zhí)行器可與 drylin 直線滑動(dòng)軸承電機(jī)和電機(jī)控制器進(jìn)行無(wú)縫匹配。

　　針對(duì)緊湊型人形機(jī)器人設(shè)計(jì)中對(duì)空間尺寸的嚴(yán)格限制需求，igus 特別推出了微型直線導(dǎo)向裝置和模組產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品在保持高性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了體積的大幅縮小，能夠輕松適配極為狹小的安裝空間。

▲ 微型直線模組。

　　(三)耐用的電纜系統(tǒng)

　　在機(jī)器人應(yīng)用中，電纜作為能量傳輸與數(shù)據(jù)信號(hào)傳遞的關(guān)鍵載體，其質(zhì)量直接關(guān)系到機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，對(duì)于機(jī)器人內(nèi)部極其狹窄的空間，極易出現(xiàn)電纜纏結(jié)、過早磨損甚至破損等問題，進(jìn)而引發(fā)計(jì)劃外停機(jī)事件，因此根據(jù)人形機(jī)器人技術(shù)需求選擇合適的高質(zhì)量電纜極為重要。

▲ 高柔性電纜。

　　倘若在人形機(jī)器人的部件適配過程中，遭遇尺寸不匹配的狀況，該如何應(yīng)對(duì)?無(wú)需憂慮，半成品材料加工能夠妥善化解這一難題，CNC加工服務(wù)可快速完成特殊形狀的精密加工。

　　▲ 用于人形機(jī)器人的高性能工程塑料。