人形机器人关节模组执行机构需求分析

1.应用场景分析

人形机器人因其类人形态与灵活运动能力，被寄予在多种场景中发挥关键作用的厚望。应用场景覆盖非结构化动态环境与高复杂度人机交互任务，其核心需求是通过多关节协同运动实现 “类人化动作”，同时适应不同场景下的物理约束、任务精度和安全要求。

在家庭服务场景，机器人需承担清洁、照顾老人儿童等任务。环境充满动态变化，家具布局复杂，人员走动频繁，要求机器人能在狭窄空间精准操作，如在厨房台面准确拿取餐具，在卧室协助老人起身，避免碰撞周围物品，这需要关节模组具备极高的运动精度与灵敏的环境感知及响应能力。

在工业场景，人形机器人可参与产品组装、物料搬运等工作。面对生产线上的高精度装配任务，如电子元件的精密安装，关节需实现亚毫米级定位精度；搬运重物时，又要输出强大扭矩且保持动作稳定，适应工业环境中的油污、粉尘与持续高强度工作要求。

公共服务领域，如商场导购、机场行李搬运，机器人要在人员密集、嘈杂的环境中高效工作。在商场内引导顾客时，需灵活避让行人，快速调整行进路线；机场搬运行李时，要适应不同重量、形状的行李，保证搬运过程安全可靠，这对关节模组的负载能力、环境适应性与可靠性提出严苛挑战。

医疗康复场景下，机器人辅助患者康复训练，与人体直接接触。帮助患者进行肢体运动康复时，关节模组需精确模拟人体运动模式，提供恰到好处的助力或阻力，且保证运行平稳、柔顺，避免对患者造成伤害，对安全性和运动控制精度的要求达到极致。

2.执行机构总体构型（电机+谐波减速器+丝杠）

人形机器人执行机构通常采用电机搭配谐波减速器和丝杠的构型。

谐波减速器具有高减速比、小体积、高精度以及回差小的特点，能够将电机的高速低扭矩输出转换为适合关节运动的低速高扭矩输出，并且保证关节运动的精确性和稳定性。

丝杠则常用于将电机的旋转运动转换为直线运动，尤其在需要线性驱动的关节部位，如腿部的伸展和收缩关节。这种构型可以有效地实现关节的各种运动形式，满足机器人在不同应用场景下的动作需求，并且通过合理的布局和设计，能够优化机器人的整体结构，提高空间利用率和运动性能。

3.电机需求

人形机器人多采用外转子、高磁极对数（10 对极左右）的无框表贴式永磁同步电机（PMSM）。

外转子结构：外转子电机的转动惯量较大，在相同电流下能够输出更大的扭矩，这对于人形机器人关节需要在低转速下提供高扭矩以驱动肢体运动的需求十分关键。相比内转子电机，外转子电机的外壳直接作为转子，其半径较大，根据扭矩公式 T = Kt * I（T 为扭矩，Kt 为扭矩系数，I 为电流），在相同电流下，更大的半径能产生更大的扭矩，且其转速相对较低，更符合关节的运动特性，无需过多的减速环节即可满足低速高扭矩的要求，减少了系统的复杂性和能量损耗。

高磁极对数：磁极对数增加可以降低电机的转速，提高电机的扭矩密度。根据电机学原理，电机的同步转速 n = 60f /p（n 为同步转速，f 为电源频率，p 为磁极对数），在电源频率一定的情况下，增加磁极对数可降低转速。同时，扭矩与磁极对数成正比关系，高磁极对数使得电机在较低转速下就能输出较大扭矩，有利于人形机器人在各种复杂动作中保持稳定的动力输出，满足其多样化的运动需求。

表贴式 PMSM：表贴式永磁同步电机具有较高的功率密度和效率。其永磁体位于转子表面，气隙磁密较高，能够产生较大的电磁转矩，从而提高电机的功率密度。而且在运行过程中，由于永磁体的励磁作用，不需要额外的励磁电流，减少了励磁损耗，提高了电机效率，这对于需要长时间运行且能源有限的人形机器人来说至关重要，能够有效延长其续航时间。

无框结构：无框电机去除了传统电机的外壳、轴和轴承等部件，具有高度的集成性和紧凑性。这种结构可以直接集成到机器人关节的机械结构中，减少了安装空间和重量，使关节设计更加灵活，能够更好地适应人形机器人内部紧凑的空间布局，并且降低了机器人整体的重量，有利于提高机器人的运动灵活性和能源利用效率。

4.控制系统硬件需求，控制性能和功能需求

（1）高密度集成

人形机器人空间有限，控制系统硬件需高度集成。将功率驱动电路、控制芯片、传感器接口等集成在极小的电路板上，减少体积和重量，同时保证各模块间高效通信与协同工作，例如将电机驱动器与控制器集成为一体化模组，直接安装在关节处，减少布线长度和信号干扰。

（2）EMC和环境测试要求

在复杂电磁环境中，如存在大量电子设备的室内空间或工业环境，机器人需具备良好的电磁兼容性（EMC），防止自身受外界电磁干扰影响控制精度，同时避免自身产生的电磁辐射干扰其他设备。此外，要通过严格的环境测试，如高温、低温、潮湿、沙尘等极端环境测试，确保在不同环境下稳定运行，像在高温的厨房环境或低温的冷库场景中能正常工作。

人形机器人运动复杂，常面临突发外界干扰，如在抓取物体时遇到意外阻力。控制系统需具备高抗干扰能力，迅速识别并抑制干扰，保证关节运动稳定。同时，具备高动态响应特性，能够快速准确跟踪指令变化，实现快速启动、停止、加减速以及方向切换，例如在躲避障碍物时能迅速调整运动轨迹。

由于能源有限，机器人需高效利用电能。控制系统应优化电机驱动算法，降低功率损耗，提高电机运行效率。同时，提升功率密度，在有限体积内提供强大动力输出，满足机器人长时间工作和复杂动作的功率需求，避免因功率不足导致动作迟缓或无法完成任务。

在近距离与人交互场景中，如家庭服务，机器人运行产生的振动和噪声需严格控制。通过优化电机控制算法、采用先进的滤波技术以及合理设计机械结构，减少电机运行时的振动和噪声，为用户提供安静舒适的使用环境，提升用户体验。

无论是在高温、高湿的热带地区，还是寒冷干燥的极地环境，机器人都要稳定运行。控制系统要具备自适应能力，根据环境变化自动调整控制参数，确保电机性能稳定。在面对突发故障或异常情况时，如传感器故障、通信中断，具有鲁棒性的系统能够维持基本功能或采取安全策略，避免机器人失控造成危险。

位置环精确控制关节位置，确保机器人动作准确到位，如在执行精密装配任务时达到亚毫米级定位精度。

力位混合控制则使机器人在接触物体时，既能感知接触力大小，又能精确控制位置，实现轻柔抓取易碎物品或在与环境交互时保持稳定接触力。

电流环用于快速调节电机电流，保证电机输出扭矩稳定，根据负载变化及时调整电流，提高系统响应速度和抗干扰能力。

5.系统安全与可靠性需求

人形机器人在与人类密切接触或在复杂危险环境中工作，系统安全与可靠性至关重要。从硬件层面，采用冗余设计，如双电源供电、多传感器冗余配置，当一个电源或传感器出现故障时，备用设备能立即投入工作，保证系统正常运行。软件方面，具备完善的故障检测和诊断算法，实时监测电机、传感器、控制器等部件状态，一旦发现异常及时报警并采取相应保护措施，如紧急制动或切换到安全运行模式。同时，通过严格的可靠性测试，包括长时间运行测试、老化测试等，确保机器人在实际使用中的可靠性，降低故障发生概率，保障人员和设备安全。

车规底盘域高功能安全件需求分析

1.应用场景分析（SBW和EMB）

线控转向（SBW）：应用于各类汽车，在车辆正常行驶过程中，根据驾驶员的转向意图，通过电子信号精确控制车轮转向角度，实现车辆的转向操作。在高速行驶时，能够根据车速、路况等信息自动调整转向助力和转向比，提高驾驶稳定性和操控性；在低速泊车场景中，增加转向灵敏度，使车辆更易于操控。在自动驾驶场景下，SBW 系统可接收自动驾驶控制器的指令，精确控制车轮转向，实现自动泊车、循迹行驶等功能，提升驾驶安全性和便利性。

线控制动（EMB）：主要应用于汽车制动系统。在车辆正常制动时，通过电机直接驱动制动卡钳，实现对车轮的制动操作，相比传统液压制动系统，响应速度更快，能够更精确地控制制动力大小。在紧急制动情况下，EMB 系统能够迅速响应，提供强大的制动力，缩短制动距离，避免碰撞事故发生。在车辆行驶过程中，可根据车轮转速、车辆加速度等信息，实现电子制动力分配（EBD）、防抱死制动系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）等功能，确保车辆在各种路况和驾驶条件下的制动安全和稳定性。

2.执行机构总体构型

（SBW：电机+行星减速机， EMB：电机+行星减速机+丝杠）

SBW：通常采用电机搭配行星减速机的构型。行星减速机具有结构紧凑、传动效率高、承载能力强等优点。电机输出的高速旋转运动通过行星减速机进行减速增扭，然后传递到转向机构，驱动车轮转向。这种构型能够为转向系统提供足够的扭矩，确保在各种行驶条件下，车轮都能准确地按照指令进行转向，并且由于行星减速机的高精度和低回差特性，能够保证转向的精确性和稳定性。

EMB：执行机构构型为电机 + 行星减速机 + 丝杠。电机的旋转运动首先通过行星减速机降低转速、增大扭矩，然后再通过丝杠将旋转运动转换为直线运动，用于推动制动卡钳夹紧制动盘，实现车辆制动。丝杠的作用是将旋转动力高效地转化为线性制动力，并且能够精确控制制动卡钳的位移，从而实现对制动力的精确调节。这种构型能够满足汽车制动系统对制动力大小和控制精度的严格要求，保证车辆制动的可靠性和安全性。

3.电机需求（内转子，常规磁极对数，表贴式PMSM，有框或者无框）

车规底盘中的电机多采用内转子、常规磁极对数（一般 4 - 8 对极）的表贴式 PMSM，有框或无框结构均有应用。

内转子电机具有转速高、转动惯量小的特点，适合与行星减速机配合，通过减速机将高转速转换为适合车辆执行机构的低转速，并增大扭矩输出。

常规磁极对数的设计能够在满足车辆动力需求的前提下，保证电机的运行稳定性和控制精度。

表贴式 PMSM 由于其高功率密度和高效率的特性，符合汽车对节能和动力性能的要求。

有框电机结构相对简单，防护性能好，适用于对电机安装空间和防护要求较高的场景；无框电机则具有更高的集成度和紧凑性，可根据车辆底盘的具体布局和设计需求进行选择，以优化系统结构和性能。

4.控制系统硬件需求，控制性能和功能需求

（1）PPK（PowerPack）结构

采用 PPK 结构将功率电子器件、控制器、传感器等集成在一起，形成一个紧凑且高效的动力单元。这种结构能够减少系统布线复杂度，提高系统的可靠性和抗干扰能力，同时便于安装和维护。例如，将电机控制器、功率驱动器和电流传感器集成在 PPK 中，直接安装在靠近电机的位置，缩短了功率传输线路，降低了线路损耗和电磁干扰。

（2）休眠静态电流

在车辆处于休眠状态时，控制系统硬件的静态电流需极低，以避免电池电量过度消耗。通过优化电路设计和采用低功耗芯片，确保在车辆长时间停放时，控制系统的功耗维持在可接受范围内，保证车辆电池能够长时间保持电量，随时可正常启动。

（3）EMC和车规NVH测试要求

汽车内部存在多种电子设备，产生复杂的电磁环境，因此车规底盘控制系统必须具备优秀的电磁兼容性（EMC），防止受到其他设备的电磁干扰而影响正常工作，同时避免自身产生的电磁辐射对车内其他电子系统造成干扰。

此外，要通过严格的车规 NVH（噪声、振动与声振粗糙度）测试，确保在车辆行驶过程中，电机运行和控制系统产生的振动和噪声不会对驾乘人员的舒适性产生负面影响，符合汽车行业的相关标准和法规要求。（4）一定的动态性能需求

车规底盘系统需要具备一定的动态响应性能，以满足车辆在不同行驶工况下的快速控制需求。例如，在车辆急加速、急刹车或高速转向等情况下，控制系统能够迅速响应驾驶员的操作或车辆状态的变化，精确控制电机的输出扭矩和转速，保证车辆的行驶稳定性和安全性。不过，相较于人形机器人对高动态响应的极致要求，车规底盘的动态性能需求在响应速度和动作灵活性方面相对较低，但在稳定性和可靠性方面要求更为严格。（5）位置环（力位）/电流环运行

位置环用于精确控制车轮的转向角度或制动卡钳的位置，确保车辆的转向和制动操作准确无误。例如，在 SBW 系统中，通过位置环控制电机的旋转角度，进而精确控制车轮的转向角度，实现车辆的精准转向。在 EMB 系统中，位置环控制制动卡钳的位移，确保制动力的大小与驾驶员的制动需求相匹配。

电流环则用于快速调节电机电流，根据负载变化实时调整电机输出扭矩，保证系统的响应速度和控制精度，同时保护电机免受过载损坏。

（6）振动和噪声抑制

在车辆行驶过程中，电机和执行机构产生的振动和噪声会影响驾乘体验。因此，车规底盘控制系统需要采取有效的振动和噪声抑制措施，如采用先进的电机控制算法，优化电机运行的电流波形，减少电机的振动和噪声；在机械结构上，采用减震材料和优化的安装方式，降低振动传递到车身的幅度；通过声学设计，降低噪声的传播和辐射，为车内人员提供安静舒适的驾乘环境。

（7）环境适应性和鲁棒性

汽车在不同的环境条件下行驶，包括高温、低温、潮湿、沙尘等恶劣环境，车规底盘控制系统必须具备良好的环境适应性和鲁棒性。能够在各种环境条件下稳定工作，自动调整控制参数以适应环境变化，确保电机和执行机构的性能不受影响。同时，在面对车辆行驶过程中的颠簸、震动以及电气系统的电压波动等干扰时，系统能够保持稳定运行，保证车辆的行驶安全。

（8）AutoSAR架构（分层架构）

采用 AutoSAR（汽车开放系统架构）分层架构，将控制系统软件分为多个层次，包括应用层、运行时环境（RTE）和基础软件层。这种架构实现了软件的模块化和标准化设计，不同层次之间通过定义好的接口进行通信和交互。

应用层负责实现车辆的各种控制功能，如转向控制、制动控制等；

运行时环境负责管理应用层软件组件之间的通信和数据交互；

基础软件层则提供硬件抽象、驱动程序、诊断服务等基础功能。通过 AutoSAR 架构，能够提高软件的可重用性、可扩展性和可维护性，降低软件开发成本，同时便于不同供应商之间的软件集成和协同开发。

（9）特殊功能：齿条力估计、力传感器估计、分离点识别

齿条力估计功能通过传感器数据和算法，实时估计转向齿条所承受的力，为驾驶员提供更真实的路感反馈，同时也有助于优化转向助力控制策略。

力传感器估计功能用于在没有直接力传感器的情况下，通过其他传感器数据和模型算法，对制动力或转向力进行估计，提高系统的控制精度和可靠性。

分离点识别功能在EMB系统中，能够准确识别方向盘与转向执行机构之间的机械连接分离点，确保在出现故障或需要切换控制模式时，系统能够安全、平稳地进行过渡，保障车辆的行驶安全。

5.系统安全与可靠性需求

（1）ASIL-D功能安全需求器件选型和硬件冗余设计

汽车安全至关重要，车规底盘系统需满足最高等级的 ASIL-D（汽车安全完整性等级 D）功能安全需求。在器件选型上，选用经过严格认证、可靠性高的电子元器件，如汽车级芯片、传感器等。

硬件方面采用冗余设计，如双 MCU（微控制器单元）、双电源、多传感器冗余配置等。双 MCU 可相互监测和备份，当一个 MCU 出现故障时，另一个能立即接管控制任务，确保系统不间断运行。双电源设计在一个电源失效时，另一个电源可继续为系统供电。多传感器冗余能够通过多个传感器采集相同或相关信息，进行数据对比和校验，提高数据的准确性和可靠性，一旦某个传感器故障，其他传感器的数据仍可支持系统正常工作。

（2）软件考虑多传感器冗余/传感器融合，MCU冗余或者锁步

软件层面充分利用多传感器冗余信息，通过传感器融合算法对来自不同传感器的数据进行处理和融合，提高系统对车辆状态的感知精度和可靠性。例如，在 EMB 系统中，融合轮速传感器、加速度传感器和制动压力传感器的数据，更准确地判断车辆的制动状态和需求。对于 MCU，除了硬件冗余外，还可采用锁步技术，即两个 MCU 同时执行相同的程序代码，并在每个时钟周期对执行结果进行比较，一旦发现不一致，立即采取故障处理措施，防止因软件错误导致系统故障，确保软件运行的安全性和可靠性。

（3）完备的故障检测、故障保护以及恢复功能

车规底盘控制系统具备完备的故障检测机制，实时监测系统硬件和软件的运行状态，通过对传感器数据、电机电流、电压等参数的分析，及时发现潜在故障。一旦检测到故障，立即启动故障保护功能，采取相应的安全措施，如限制车辆速度、启动备用系统、向驾驶员发出警报等，确保车辆和人员安全。同时，系统还具备故障恢复功能，在故障排除后，能够自动或在驾驶员干预下

（4）完整的可靠性测试与电气特性测试

进行全面完整的可靠性测试，包括高低温循环测试、振动测试、冲击测试、盐雾腐蚀测试、耐久性测试等，模拟车辆在各种实际工况下的运行情况，验证系统在长期使用过程中的可靠性与稳定性。开展详细的电气特性测试，如电源适应性测试、电磁兼容性测试、绝缘电阻测试、接地电阻测试等，确保系统电气性能符合车规级标准，在复杂电气环境下能稳定可靠工作。

共同点和不同点

1.应用场景

相同点：

（1）动态环境适应

两者都需要执行机构具备快速感知和响应动态变化的能力，以保障运行安全与任务执行。

（2）复杂工况应对

在工业协作场景中，可能遭遇高温、粉尘等恶劣环境，在寒冷的极地环境作业，或者面临道路施工等复杂路况，都要求执行机构能够在复杂工况下稳定运行，不出现功能失效或性能大幅下降的情况。

不同点：

（1）任务复杂度与人机交互程度

人形机器人的应用场景任务复杂度极高且人机交互频繁。在家庭服务场景中，需要完成诸如照顾老人、儿童等细致且具有高度灵活性的任务，对力的控制精度和人机协作安全性要求极高，接触力需精确控制在 1 - 10N。而车规底盘主要任务是保障车辆的行驶安全和稳定，人机交互相对简单，主要通过驾驶员操作车辆控制系统间接实现，交互场景较为固定，如驾驶员通过方向盘、刹车踏板等操作车辆，对力的控制精度要求主要集中在车辆动力学性能保障方面，与机器人在精细操作时的力控精度要求有明显差异。

（2）恶劣环境要求差异

人形机器人工作相较于汽车，外部环境包括温度、湿度等均处于常规要求，而汽车外部环境条件相对苛刻，需要更高的温度、湿度和振动的适应能力，需要更长的工作时限要求，这些需求会导致器件选型、硬件设计方面都会存在较大差异。在未来，不排除部分人形机器人需要满足车规的要求，以适应恶劣工况下高可靠的工作需求，那么在器件选型和硬件设计上也要考虑这些情况。

2.执行机构构型与电机需求

相同点：

（1）传动机构需求

人形机器人关节模组采用谐波减速器和丝杠，车规底盘的 EMB 系统也用到丝杠，SBW 系统采用行星减速机，二者都依赖减速器来实现扭矩的放大和运动形式的转换，以满足不同的动力输出需求。

（2）电机类型共性

人形机器人和车规底盘都较多采用表贴式 PMSM 电机。这种电机具有较高的功率密度和效率，能够在相对较小的体积和重量下，提供足够的动力输出，符合两者对执行机构紧凑化、高效化的要求。

不同点：

（1）执行机构总体构型

人形机器人关节模组构型更注重灵活性和多自由度运动，通过电机、谐波减速器和丝杠的组合，实现类似人类关节的复杂运动，如手臂的多方向转动、腿部的屈伸与行走动作等。

而车规底盘的 SBW 和 EMB 构型主要围绕车辆行驶功能设计，如 SBW 的电机加行星减速机构型主要用于实现转向功能，EMB 的电机加行星减速机加丝杠构型用于实现制动功能，其构型目的相对单一，侧重于满足车辆特定行驶操作需求。

（2）电机需求差异

人形机器人主要采用外转子、高磁极对数（10 对极左右）、无框的电机。外转子结构能在相同体积下提供更高的扭矩输出，高磁极对数有助于实现低速大扭矩输出，无框设计便于与减速器等部件集成，满足人形机器人对关节紧凑化、轻量化以及高扭矩密度的需求。

车规底盘多采用内转子、常规磁极对数的电机，内转子电机转速较高，配合行星减速机等传动机构，能满足车辆在不同行驶工况下对转速和扭矩的要求，常规磁极对数在满足车辆动力需求的同时，能保证电机设计和控制的成熟性与稳定性。

3.控制系统硬件需求，控制性能和功能需求

相同点：

（1）高抗扰与动态性能

人形机器人在执行快速动作如奔跑、跳跃，或在抓取物体时遇到外力干扰时，需要控制系统具备高抗扰性和高动态响应能力，以保证动作的准确性和稳定性。

车规底盘在高速行驶中进行紧急制动、快速转向等操作，或者在路面不平整、车辆受到侧向力等干扰时，同样要求控制系统能够快速响应并保持车辆的稳定控制，因此两者对高抗扰高动态性能有相似需求。

（2）振动和噪声抑制

人形机器人在家庭等对噪声敏感的环境中作业，以及车规底盘在车内对驾乘舒适性有较高要求的情况下，都需要执行机构和控制系统有效地抑制振动和噪声，避免对周围环境或驾乘体验造成不良影响。

（3）环境适应性和鲁棒性

面对多样化的工作环境，人形机器人和车规底盘的控制系统都必须具备良好的环境适应性和鲁棒性，能够在温度、湿度、电磁干扰等环境因素变化时，维持正常的控制功能和性能水平。

（4）位置环（力位）/ 电流环运行

两者的控制系统都需要实现位置环和电流环的精确运行。

人形机器人在进行抓取、放置物品等操作时，需要精确控制位置和力，以避免损坏物品或对周围环境造成伤害；

车规底盘在进行转向、制动等操作时，也需要通过位置环和电流环的控制，确保执行机构准确执行指令，实现车辆的稳定行驶。

不同点：

（1）高密度集成要求程度

人形机器人由于空间限制，对控制系统硬件的高密度集成要求极高，需要将电机驱动器、控制器、传感器等部件高度集成在狭小的关节空间内，以实现轻量化和紧凑化设计。

而车规底盘虽然也追求集成化，但空间相对较为充裕，其集成设计更多考虑的是车辆整体布局和布线的合理性，对单个部件的高密度集成要求相对较低。

（2）EMC 和环境测试要求差异

人形机器人的 EMC 测试主要考虑在复杂电磁环境下，如家庭中各种电器设备产生的电磁干扰，或工业环境中的强电磁干扰，保证自身控制系统正常工作且不干扰周围设备。环境测试侧重于模拟不同场景的温度、湿度等条件，如家庭的常温常湿环境到工业场景的高温高湿环境等。

车规底盘的 EMC 测试除了要应对车内复杂的电磁环境，如发动机点火系统、车载电子设备的电磁干扰，还要考虑车辆在不同行驶场景下的电磁兼容性，如通过高压线附近时的抗干扰能力。环境测试则更强调在极端气候条件下，如高温沙漠、寒冷极地以及高海拔地区的性能表现，对温度、气压等环境因素的测试范围更广、更极端。

（3）特殊功能需求

人形机器人的特殊功能可能包括模仿人类动作的柔顺控制、在复杂环境下的自主避障与路径规划等功能，以适应多样化的任务场景。

车规底盘的特殊功能则围绕车辆行驶安全和性能提升，如 SBW 的齿条力估计、力传感器估计、分离点识别等功能，用于精确控制转向系统，提高车辆的操控稳定性和安全性。

（4）软件架构

人形机器人目前软件架构尚未完全统一，多根据不同的应用场景和研发需求进行定制化开发，更注重灵活性和对复杂任务的适应性，以满足其多样化的动作控制和环境交互需求。

车规底盘普遍采用 AutoSAR 架构这种分层架构，强调软件的可移植性、可扩展性和功能安全，便于不同供应商的软件和硬件集成，满足汽车行业大规模生产和长期稳定运行的需求。

4.系统安全与可靠性需求

相同点：

（1）高可靠性要求

人形机器人在执行任务过程中，一旦出现故障，可能会对周围人员造成伤害，车规底盘更是直接关系到驾乘人员的生命安全，因此两者都对系统的可靠性有着极高的要求，需要通过严格的可靠性测试来确保在长期使用过程中极少出现故障。

（2）故障检测与保护

都需要完备的故障检测机制，能够及时发现电机、传感器、控制器等部件的故障，并采取相应的故障保护措施，如切断故障电路、切换到备用系统等，以防止故障扩大，保障系统的安全运行。

不同点：

（1）功能安全等级及实现方式

车规底盘由于直接关乎生命安全，需满足最高等级的 ASIL - D 功能安全需求，在器件选型上优先选用高可靠性、经过严格认证的器件，硬件冗余设计普遍且精细，如采用多传感器冗余、MCU 冗余或者锁步等方式，确保在任何单一故障情况下系统仍能保持安全运行。

人形机器人虽然也重视安全可靠性，但目前行业内尚未有统一的、如此高等级的功能安全标准，其安全设计更多基于具体应用场景的风险评估，硬件冗余程度和实现方式相对灵活，不过随着应用场景拓展和安全要求提高，对功能安全的重视程度也在不断上升。

（2）故障诊断/预测侧重点

车规底盘的故障诊断/预测系统主要关注影响车辆行驶安全的关键部件和系统，如制动系统、转向系统等，通过对传感器数据的实时监测和复杂算法分析，提前预测可能出现的故障，以保障车辆在行驶过程中的安全性。

人形机器人的故障诊断/预测除了关注硬件故障，还需重点考虑任务执行过程中的异常情况，如关节运动轨迹偏差、力控制异常等，这些异常可能影响任务完成质量甚至导致安全问题，由于其任务的多样性和环境的复杂性，故障诊断/预测需要更全面地考虑多种因素之间的相互影响。

可移植性分析

1.硬件层面

（1）电机及传动机构

车规底盘高功能安全件中的电机和传动机构部分技术具有一定可移植性。

例如，车规底盘使用的表贴式PMSM电机的一些设计和制造工艺，如高效的绕组设计、永磁体材料的选择等，可以为人形机器人电机设计提供参考，有助于提升人形机器人电机的效率和功率密度。

行星减速机在车规底盘中的成熟应用，其高精度、高可靠性的制造技术，若能在尺寸和扭矩输出上进行优化，也可尝试应用于人形机器人关节模组中，以提高传动精度和稳定性。

然而，车规底盘电机多为内转子、常规磁极对数，与人形机器人所需的外转子、高磁极对数电机在结构和性能特性上存在差异，直接移植电机可能无法满足人形机器人对低速大扭矩、紧凑化的需求，需要进行重新设计和优化。

车规底盘的丝杠在 EMB 中应用，其在材料选择、制造精度上的技术可以借鉴到人形机器人关节模组的丝杠设计中，但同样需要根据人形机器人的负载特点和空间限制进行调整。

（2）控制系统硬件

车规底盘控制系统硬件在可靠性和稳定性方面的设计思路可移植到人形机器人领域。

例如，其在应对复杂电磁环境和宽温度范围工作的硬件防护设计，如良好的电磁屏蔽措施、温度补偿电路设计等，可以帮助人形机器人提升在不同环境下的工作可靠性。

但是，车规底盘硬件的 PPK 结构是基于车辆特定布局和电气系统设计的，与人形机器人对高密度集成的需求不匹配，难以直接移植。人形机器人需要将更多功能模块集成在有限的关节空间内，这就要求对车规底盘的硬件架构进行重新设计和小型化、集成化改造。

2.软件层面

（1）控制算法与策略

车规底盘中的一些控制算法，如位置环、电流环控制算法，以及用于提高系统稳定性的抗干扰算法等，具有一定通用性，可经过适当调整移植到人形机器人控制系统中，以提升人形机器人关节运动的控制精度和稳定性。

车规底盘在处理传感器数据融合方面的算法，如 SBW 中对转向角度传感器、力矩传感器等数据的融合处理算法，可为人形机器人多传感器数据融合提供参考，帮助人形机器人更准确地感知自身状态和外部环境。

然而，人形机器人的运动控制需求更为复杂，除了基本的位置和力控制，还需要实现复杂的动作规划和柔顺控制，车规底盘的控制算法难以直接满足这些需求，需要进行扩展和改进。例如，人形机器人在与人交互时需要精确的力控制，而车规底盘的力控制主要服务于车辆动力学性能，两者的控制目标和精度要求不同，需要重新设计力控制算法。

（2）软件架构

车规底盘的 AutoSAR 分层架构具有良好的可移植性、可扩展性和功能安全特性，其将软件分为不同层次，实现了软硬件解耦，这种架构理念可以借鉴到人形机器人软件设计中，有助于提升人形机器人软件的开发效率、可维护性和功能安全性。

但是，人形机器人软件需要更灵活地应对多样化的任务和复杂的环境，AutoSAR 架构相对固定的层次结构和接口定义可能限制了人形机器人软件的灵活性，需要在借鉴的基础上进行定制化开发和优化，增加适应人形机器人特殊需求的功能模块和接口

3.安全与可靠性层面

（1）功能安全设计

车规底盘满足 ASIL - D 功能安全等级的设计理念和方法，如硬件冗余设计、故障检测与诊断机制等，对人形机器人提高安全可靠性具有重要参考价值。人形机器人可以学习车规底盘在器件选型上对高可靠性器件的严格筛选标准，以及在系统设计中采用多传感器冗余、MCU 冗余等方式，降低系统故障风险。

然而，由于人形机器人应用场景和风险模式与人车规底盘不同，不能完全照搬车规底盘的功能安全设计。人形机器人在与人近距离接触、执行复杂任务等场景下，面临的风险类型更多样化，需要根据自身特点重新进行风险评估和安全设计，制定适合人形机器人的功能安全标准和实现方案。

（2）可靠性测试方法

车规底盘完善的可靠性测试与电气特性测试方法，如机械耐久性测试、环境适应性测试、电气性能基准测试、EMC 测试等，可为人形机器人提供全面的测试思路和标准参考。人形机器人可以借鉴这些测试方法，制定适合自身的测试流程和指标，确保产品在各种工况下的可靠性。

但人形机器人的工作环境和任务特点决定了其测试细节需要调整。例如，人形机器人在家庭环境中可能面临更多的碰撞风险，在测试中应增加相应的碰撞模拟测试；在工业环境中可能面临粉尘、油污等特殊污染，测试环境需更有针对性地模拟这些污染情况。

结论

综上所述，虽然车规行业底盘件在构型、具体需求以及控制策略上与人形机器人关节模组存在差异，但在后续大规模量产中，对于产品的环境适应性、性能一致性、可靠性和安全性方面，是具有较大共通性的，甚至说是人形机器人大规模应用的基础，因此，EMB类似产品的车规级供应商更具备向人形机器人产业转化的能力。