宇树G1人形机器人为什么能拉动汽车?机械结构控制算法物理知识 #机器人 #宇树科技 #人形机器人 #知识前沿派对 #科普知识 宇树(Unitree)G1 仿人机器人之所以能够拉动一辆约1.4吨的汽车,并非依靠“蛮力”或神秘技术,而是基于机械结构、控制算法、动力系统与环境条件的综合优化。这一演示体现了现代人形机器人在全身协调控制、动力传递效率与抗外力姿态保持方面的重大进步。首先,从硬件参数看,G1 体重约35千克,身高约1.3米,单个关节最大扭矩可达90至120牛·米,整机搭载多个高功率伺服驱动器与力矩传感器。虽然其体重远小于被拖动的汽车,但通过高扭矩电机与精确的动力分配,它能够在短时间内输出接近百余牛的水平拉力。据实验数据,G1 在“拉力交互测试”中峰值拉力可达160牛顿左右,相当于自身重量的近一半。另一方面,汽车在平坦地面上滚动时,其滚动阻力远小于重量所对应的静摩擦力。例如,一辆1400千克汽车在柏油地面的滚动阻力系数约为0.01,所需克服的水平力仅约140牛顿左右。因此,只要汽车轮胎处于自由滚动状态、手刹松开,理论上几十到一百多牛的拉力即可让其缓慢移动。 G1 在演示中采取了“全身协调输出”的策略。机器人通过下蹲、脚掌前压、躯干后仰,使重心稳定落于支撑面中心,同时利用双腿和躯干的协同力矩实现平衡拉动。其控制系统通过实时监测关节力矩与姿态角度,动态分配驱动力,防止身体被牵引力拉倒。与传统刚性机器人不同,G1 拥有较好的柔顺控制能力,能够在受力变化时即时调整姿势,维持稳定接地的状态。此外,视频中使用的实验环境对成功起到了关键作用:地面平整、摩擦系数低,汽车轮胎状况良好,无坡度,且车辆处于空挡状态。这些条件极大降低了启动阻力,使机器人只需持续输出稳定拉力即可实现牵引。 从动力学角度看,机器人拉动车并不是突破物理极限,而是通过机械优势与低阻力环境达到可视化的效果。假设机器人以150牛顿水平力拉动汽车,若汽车阻力小于此数值,就能实现匀速滚动;若机器人输出力略大,则会使车缓慢加速。G1 的高扭矩电机配合减速结构,可以在较低速度下保持高牵引力输出,同时保持能耗可控。控制算法在其中起着核心作用,它不断平衡牵引力、身体姿态与地面反作用力三者之间的动态关系,避免失稳或打滑。 从工程意义上看,这个实验更多体现的是仿人机器人在力控与全身协调方面的成熟,而非展示其“力量大小”。
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