NXP：2025从固定机械臂到人形机器人：移动机器人的演进历程报告（13页）.pdf

1、从固定机械臂到人形机器人：移动机器人的演进历程本文在撰写过程中得到了Iain Galloway、Joost van Dorn、Gerald Peklar、Peter van der Perk、Jari van Ewijk等专家的指导与支持。摘要引言三大核心议题复杂性演进路径地点导航与任务执行应对新任务的复杂性结论和行动倡议目录.3.3.3.3.8.11.12Nicolas Lehment，CTO-SBS-SI摘要三大核心议题：复杂性演进路径引言文章系统梳理了自动导引车（AGV）、自主移动机器人（AMR）、漫游车、无人机、腿足机器人及人形机器人等各种机型，深入解析各种机型的控制系统、导航能力及为

2、提高性能进行的AI集成。同时，文中还指出，为实现机器人系统的可扩展性与智能化，需要配备先进的实时控制器、功能安全机制及高效电源管理。本白皮书围绕移动机器人领域，探讨机器人技术的前沿进展与挑战，聚焦三大核心议题：机器人运动控制，复杂环境下的感知与导航，以及适用新任务的模块化与灵活性。全文以机器人系统从简易固定机械臂到高端人形机器人的演进脉络为主线，着重阐述具身人工智能（embodied AI）在实现机器人多功能化与敏捷性方面的重要价值。机器人运动控制机 日益复杂环境下的感知与导航 适用新任务的模块化与灵活性（沟通、设计等）本文暂不展开机械设计、任务管理及机器人软件开发等细分领域，如有兴趣，欢迎联

3、系移动机器人团队进一步交流。以运动方式为分类维度，现代机器人可划分为几种不同类别，与操作机器人所需的控制与指令系统的复杂性形成显著的对应关系。随着各类技术的不断发展与完善，复杂性逐渐变得可控，其演进过程也可视为一部简明的机器人发展史。本文最后讨论了人形机器人在以人为中心的环境中的未来应用，并强调构建多功能机器人形态组合对于提升实用性和加速普及的重要意义。机器人技术一直是人类科技关注的焦点。尽管科幻文学中早期对机器人的描绘多为类人生物形态（如卡雷尔恰佩克、艾萨克阿西莫夫、E.T.A.霍夫曼笔下的经典形象），但1961年应用于汽车制造业的首台机械臂Unimate却是极为简化的工业设备。图1：以运动

4、方式为分类维度，现代机器人可划分为几种不同类别，与操作机器人所需的控制与指令系统的复杂性形成显著的对应关系。经过计算机设计、控制理论、电机工程及传感技术的多年发展，机器人逐渐具备导航、交互与协作能力，能够完成更复杂的任务。如今，具身人工智能正成为新一代高机动性机器人的核心技术特征。本文总结了构建日益复杂的机器人系统的关键要素及其重要性。固定型二维驱动型三维运动型腿足型人形工业机器人机械臂多臂系统协作机器人 AGV AMR漫游车地面无人机多旋翼无人机有翼无人机水下无人机四足动物型（如狗形）两足动物型（如鸵鸟形）子类型任务成熟成熟正在发展正在发展未来3-8年有前景焊接拾取和放置组装质检厂内物流配送

5、检验清洁与维护酒店服务防务检验环境监测配送防务检验环境监测防务组装服务医疗协助家务防务 将工具（或自身）移动至何处，以完成指定任务。运动控制将机器人在操作空间内的姿态与位置视作其 关节位置的函数。为实现路径规划器要求的目标姿态，运动控制会计算电机所需执行的动作。电机控制负责实时指令下达与状态监测，执行由运动 控制系统计算出的动作指令。图3：搭载单反相机的多旋翼无人机漫游车与自主移动机器人（AMR）同属轮式机器人，但它们已突破仓库和工厂等结构化环境的限制，能够在动态的户外环境中执行货物运输或状态监测任务，甚至远赴火星。漫游车面临的主要挑战在于如何在不受控的广阔环境中进行导航；在这种环境下，避障与

6、机载规划是任务成功的关键。我们将在“地点导航与任务执行”章节中更详尽地探讨导航方面的挑战。理解身体运动控制与单个电机控制之间的紧密关联，为腿足机器人的设计奠定了基础。从波士顿动力公司的四足机器人Spot等广为人知的设计开始，工程师原本应用于单个转子的运动/电机控制回路扩展为运动链结构。可以这样理解：在无人机中，四个转子以不同的力向下推动空气。若要以稳定的速率上升，必须同时提高四个转子的转速。而机器狗站立时，至少两个（通常是三个）关节需以不同的扭矩和速度移动至特定位置并精准保持。因此，腿足机器人从相对简单的集成速度控制，转变为多个位置控制回路组成的互联运动链。在运动过程中，机器人的重心通过这些运