跳转至

Apptronik Apollo

引言

Apptronik Apollo 是由美国奥斯汀机器人公司 Apptronik 研发的全电动人形机器人，专为工业场景设计，于 2023 年 8 月正式亮相。Apollo 以其自研高性能串联弹性执行器（Series Elastic Actuators，SEA）为核心技术壁垒，在力控制精度和操作安全性方面表现突出。该机器人已与梅赛德斯-奔驰及 NASA 建立合作关系，正逐步从实验室走向汽车制造和太空探索等真实应用场景。

发展历程

Apptronik 成立于 2016 年，由德克萨斯大学奥斯汀分校（University of Texas at Austin）人机交互实验室（Human Centered Robotics Lab）孵化而来。创始团队在外骨骼和可穿戴机器人领域积累了深厚的工程经验，早期重点专注于人机协作型动力辅助设备的研发。

早期产品阶段（2016—2021）

公司早期推出了两款代表性产品：

  • Acrob：面向工人的上肢外骨骼（Upper Limb Exoskeleton），主要用于减轻工厂工人在高举或重复性作业中的肌肉负担。
  • Mercury：轻量化可穿戴助力设备，定位于康复辅助和工业劳动保护场景。

这一阶段积累的串联弹性执行器技术，成为后续 Apollo 人形机器人的核心技术基础。

Apollo 研发与发布（2022—2023）

2022 年，Apptronik 将研发重心转向全尺寸人形机器人，启动 Apollo 项目。团队的目标是打造一款能够在真实工业环境中与人类并肩工作的通用人形机器人，而非仅用于演示的原型机。

2023 年 8 月，Apollo 在德克萨斯州奥斯汀正式对外发布。发布时，Apollo 已具备完整的行走、操作和负载能力，定位为可在量产工厂环境中执行任务的工业级人形机器人。

商业化拓展（2024）

2024 年，Apptronik 在商业化方向取得多项重要进展：

  • 梅赛德斯-奔驰合作：与德国汽车制造商梅赛德斯-奔驰（Mercedes-Benz）签署合作协议，Apollo 机器人被部署到其汽车制造工厂，执行重复性的物料搬运和装配辅助任务，成为全球首批进入主流汽车工厂的人形机器人之一。
  • NASA 合作：与美国国家航空航天局（NASA）签署合作协议，探索 Apollo 在空间站、月球基地等极端环境中执行维护和操作任务的可行性，SEA 的安全性和力控能力在航天场景中具有独特优势。
  • A 轮融资：完成 A 轮融资，投资方包括 Google 及多家战略投资者，融资资金用于加速产品量产和商业部署。

技术规格

参数 数值
身高 1.73 m
体重 约 73 kg
负载能力 25 kg
最高行走速度 1.5 m/s
自由度（Degrees of Freedom，DoF） 24 DoF（全身）
驱动方式 全电动，自研线性串联弹性执行器（SEA）
电池 可热插拔（Hot-swappable）电池，续航约 4 小时
工作环境 工业室内环境
头部传感器 摄像头阵列 + 深度传感器

可热插拔电池设计意味着 Apollo 可以在不中断任务的情况下快速更换电池，实现接近连续工作的运行模式，这对于工厂三班倒的生产节奏至关重要。

核心技术：串联弹性执行器（SEA）

串联弹性执行器（Series Elastic Actuators，SEA）是 Apptronik 最核心的技术壁垒，也是 Apollo 区别于许多竞品的关键所在。

工作原理

传统刚性执行器（Rigid Actuator）将电机输出直接传递到关节，力矩难以精确测量，也无法吸收外部冲击。SEA 的核心思路是在电机和关节输出端之间引入一个弹性元件（通常为弹簧）：

其中 $\tau$ 为关节力矩，$k$ 为弹簧刚度系数，$\Delta x$ 为弹簧变形量。通过高精度传感器实时测量弹簧的压缩或伸长量，即可精确推算关节输出力矩，无需昂贵的力矩传感器。

技术优势

力矩控制精确：SEA 天然具备良好的力矩感知能力，使机器人能够执行需要精细力交互的操作，如拧紧螺栓、插拔连接器、装配精密零部件等。这对于工业装配场景至关重要。

碰撞安全性：弹性元件如同机械缓冲器，在机器人与人类或设备发生意外碰撞时，能够吸收冲击能量，降低损伤风险。这使 Apollo 在人机协作（Human-Robot Collaboration，HRC）场景中具有更高的安全性。

能量存储与释放：在步行和运动过程中，弹簧可以存储制动时产生的势能，并在下一步动作中释放，类似于肌腱在人类行走中的作用，从而提升整体能效。

Apollo 中的线性 SEA

与常见的旋转型 SEA 不同，Apptronik 采用的是线性（Linear）SEA 设计，执行器沿直线方向运动后通过连杆机构转化为关节旋转。这种设计在腿部和手臂关节处均有应用，可实现更紧凑的结构布局，同时保持较高的力矩输出能力。

软件平台

系统架构

Apollo 的软件系统基于机器人操作系统 ROS 2（Robot Operating System 2）构建。ROS 2 相较于 ROS 1 在实时性、安全性和多机通信方面有显著改进，更适合工业部署需求。

主要软件模块包括：

  • 运动控制层：负责全身动力学（Whole-Body Dynamics）计算和关节力矩分配，确保机器人在行走和操作时的稳定性。
  • 感知层：融合头部摄像头阵列和深度传感器数据，实现目标物体识别、位姿估计（Pose Estimation）和工作空间理解。
  • 任务规划层：接收上层任务指令，将其分解为可执行的运动序列。
  • 安全监控层：实时监控关节力矩、电池状态和碰撞风险，确保运行安全。

开放 SDK

Apptronik 向合作伙伴开放软件开发工具包（Software Development Kit，SDK），允许第三方开发者和企业客户在 Apollo 平台上开发定制化应用程序。这一策略类似于智能手机的生态模式，旨在通过合作伙伴生态丰富 Apollo 的应用场景，加快商业化进程。

感知与导航

Apollo 的头部集成了多目摄像头阵列和深度传感器，支持：

  • 物体检测与分类（基于深度学习视觉模型）
  • 三维场景重建与障碍物检测
  • 手眼协调（Eye-Hand Coordination）控制，用于精确抓取操作
  • 工厂环境中的自主导航与路径规划

行业应用

汽车制造

梅赛德斯-奔驰与 Apptronik 的合作是人形机器人进入主流汽车制造业的标志性事件。Apollo 在工厂中主要承担以下任务：

  • 物料搬运：将零部件从仓储区搬运到装配线旁，替代人工搬运繁重零件。
  • 装配辅助：执行螺栓紧固、零件安装等重复性装配操作，配合流水线节拍工作。
  • 物料分拣：在仓储区域识别并分拣不同规格的零部件。

与工业机械臂不同，Apollo 能够在为人类设计的工厂环境中自由行走，无需对场地进行大规模改造，具有更强的灵活性和部署便利性。

太空探索

NASA 与 Apptronik 的合作聚焦于以下研究方向：

  • 在国际空间站（International Space Station，ISS）或未来月球基地执行日常维护任务
  • 替代航天员执行高风险的舱外活动（Extravehicular Activity，EVA）辅助工作
  • 研究 SEA 驱动系统在微重力或低重力环境下的性能表现

SEA 的安全性和精确力控特性，使其在宇航员与机器人近距离协作的密闭空间中具有显著优势。

物流仓储

Apollo 在物流场景中的应用方向包括：

  • 货架分拣（Picking）：从货架上识别并取出指定商品
  • 货物搬运：在仓库内搬运箱体或托盘
  • 码垛（Palletizing）：将货物按规则叠放到托盘上

相比专用的仓储机器人，人形机器人的优势在于能够处理形态各异的包装和布局，适应性更强。

与竞品对比

以下对比数据基于各公司公开发布信息，部分参数为官方披露范围值。

对比维度 Apollo Boston Dynamics Atlas Figure 02 宇树 H1（Unitree H1）
身高 1.73 m 1.50 m 1.68 m 1.80 m
体重 73 kg 89 kg 70 kg 47 kg
负载能力 25 kg 约 11 kg 约 20 kg 30 kg
续航 约 4 小时 约 1 小时 未公开 约 2 小时
驱动方式 全电动（SEA） 全电动（液压改电动） 全电动 全电动
SEA 技术 是（自研线性 SEA） 否 否 否
开放 SDK 是（合作伙伴） 否（研究授权） 有限开放 是
价格定位 企业级（未公开） 研究/展示用途 企业级 相对亲民

Apollo 的核心差异化优势在于 SEA 带来的力控能力和安全性，以及相对成熟的工业落地案例；宇树 H1 则在价格和开放性上更具竞争力；Figure 02 与 OpenAI 的合作使其在 AI 集成方面受到更多关注。

参考资料