永不眠的机器人：无需充电——机器人如何解决自动化领域最大的能源难题

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发布日期：2025年7月25日 / 更新日期：2025年7月25日 – 作者： Konrad Wolfenstein

永不眠的机器人：无需充电——机器人如何解决自动化领域最大的能源难题——图片：优必选机器人

全天候人机协作？关于优必选Walker S2及其自主换电功能的问答。

Walker S2 的特别之处在哪里？

据优必选机器人公司称，Walker S2是首款无需人工干预即可自行更换电池的人形机器人，理论上可以实现连续运行。这项功能结合了双电池系统以及精确校准的抓取和传感器系统，可在约三分钟内完成电池更换。.

与此相关：

人形和动态机器人，例如机器人技术——对比：波士顿动力公司的Atlas和优必选科技的Walker X。

为什么要讨论这个问题？

自主换电技术解决了移动机器人领域的一个根本性问题：充电时间。Walker S2 通过将充电外包，只需在另一块电池保持运行的情况下移除其中一块电池，即可消除停机时间，从而避免损失生产时间。因此，这一概念引发了关于“黑暗工厂”的讨论——“黑暗工厂”指的是机器在极少照明下全天候运转，且基本无人值守的生产设施。.

基本概念和起源

这个项目的幕后推手是谁？

优必选机器人于2012年在中国深圳成立，专注于人形服务机器人的研发和生产。该公司于2023年在香港上市，此后大力投资于其Walker系列机器人的工业应用。Walker平台自2018年以来已发展数代；Walker S2是Walker S1的升级版，后者此前已作为试点项目部署在汽车工厂中。.

Walker S2 的技术规格是什么？

Walker S2 是一款技术先进、性能卓越的助行器。它高 1.62 米，重 43 公斤。根据不同来源和配置，其自由度在 20 到 52 之间。它采用双 48V 锂电池供电，性能优异。单次充电可支持约 2 小时的行走或长达 4 小时的站立。每块电池充电需要 90 分钟，更换电池仅需约 3 分钟。其机械臂可承重高达 15 公斤，充分展现了其多功能性和实用性。.

每个数值均通过至少两份独立报告的数据进行验证。自由度的细微差异是由于计数方法不同（包括或不包括手指和手部计数系统）造成的。.

双电池在实际应用中是如何工作的？

一旦电池电压降至设定阈值以下，能量管理系统就会发出需要采取行动的信号。机器人会根据任务优先级判断是立即更换电池还是稍后充电。在实际更换电池的过程中，备用电池仍保持运行，确保不间断供电。返回工作站后，充电站会为之前取出的电池充电，从而保证持续供应已充电的模块。.

更换电池步骤

我该如何一步一步地完成这个过程？

机器人检测到剩余电量减少，并启动电池更换任务。.
它能够自主导航至最近的装卸架。.
返回基地后，他用双臂固定住空电池。.
他机械地解锁模块，将其拉出，然后放入充电站。.
将充满电的电池取出，对准位置，然后插入空出的电池仓中。.
锁定和自检完成整个过程；机器人返回执行其任务。.

时间曲线是什么样的？

纯机械操作耗时不到三分钟；在此期间，第二块电池会缓冲能量需求。由于充电站设有多个充电槽，因此可以同时为多块电池充电，只有在极高的负载下才会出现瓶颈。.

与传统充电策略的比较

有线充电有哪些缺点？

与自动换电相比，有线充电存在几个显著的缺点。有线充电的停机时间要长得多，平均每个充电位需要约 90 分钟，而自动换电仅需约 3 分钟。在基础设施方面，有线充电需要充电站、电缆布线和等候区，而自动换电则依赖于电池架和快速锁定系统。由于充电站数量有限，有线充电的可扩展性受到限制，而自动换电则更加灵活，其规模取决于电池组的容量。另一个关键区别在于能量流动：有线充电时，车辆每次充电后大约需要停机两小时，而自动换电可以实现连续运行，只有短暂的停顿。.

这将如何影响运营成本？

在高度自动化的装配或物流生产线上，每增加一个运行周期都能带来收益，因为机器人的固定成本可以分摊到更多的生产时间内。优必选科技表示，其前代产品Walker S1在试点工厂中已能将分拣效率提升高达120%。如果停机时间减少到每四小时仅三分钟，理论上机器的可用率将超过98%，接近传统工业机器人的水平。.

工业和社会后果

哪些行业将在短期内受益？

产品种类繁多、因人体工程学或安全原因难以找到合适人选的制造企业，尤其能从中受益。例如汽车组装、电子产品制造和物流中心。服务行业，如酒店或接待处，也能从中受益，因为机器人可以免费顶替夜班工作。.

“黑暗工厂”扮演着什么角色？

这个术语用来描述高度自动化的工厂，在这些工厂中，人类只需进行远程监控和维护。Walker S2凭借其能源自主性，填补了这一难题的关键，即使在夜间用电高峰期也能正常运行，使工厂能够在没有照明的情况下运转。国际机器人联合会的预测显示，到2022年，中国将占全球工业机器人装机量的一半以上，这将为全球生产成本树立新的标杆。.

这些工作岗位将会受到怎样的影响？

经济学家预测，未来五年内，约有23%的传统工作岗位将受到人工智能驱动的自动化影响。一些简单的任务将会消失，但与此同时，机器人规划、维护和优化等新的工作岗位将会涌现。然而，从业人员的技能要求正在向技术和数据技能转变，世界经济论坛指出，这需要进行有针对性的再培训。.

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全天候生产：人形机器人如何重新定义工作世界

由此会产生哪些伦理问题？

机器人能够不间断地工作，这引发了关于公平竞争、能源消耗和责任归属等问题。如果机器人全天候运转，人类员工可能会被迫接受更长的工作时间，或者被降级到收入较低的服务行业。与此同时，制造商强调，机器人将承担单调或危险的工作，而人类将负责更具创造性的工作。.

技术细节

机器人是如何实现如此高精度的？

优必选科技采用52自由度RGB立体相机系统，其深度信息处理方式与人眼类似。结合自主研发的协同智能系统，该机器人能够规划运动序列、评估碰撞并从偏差中学习。伺服驱动器扭矩范围从0.2牛米到200牛米，既能实现精细操作，也能实现强力举升。.

电池更换机制的可靠性如何？

优必选科技对抓取系统进行了超过8万次的循环测试，未发现明显磨损。电池仓的锁定机制采用了冗余传感器：机械限位开关、磁场传感器和电机阻抗监测均能确保锁定成功。这最大限度地降低了电池松动的风险，尤其是在必要时，系统会发出错误信息并切换到安全待机模式。.

机器人如何决定是充电还是换电池？

能量管理算法将剩余容量 $$E_{\text{rest}}$$ 与下一个任务的预期能量需求 $$E_{\text{task}}$$ 进行比较，并计算二者之间的差值 $$\Delta E = E_{\text{rest}} – E_{\text{task}}$$。如果 $$\Delta E$$ 低于阈值 $$\varepsilon$$，则机器人执行电池更换；否则，它将开始执行任务并推迟充电。该逻辑还会考虑机架中已充电电池的可用性，以避免出现瓶颈。.

未来发展展望

系统还会进一步缩小吗？

优必选科技宣布正在研发一款更紧凑的Walker S Lite，该产品基于相同的电池理念，但专为小型物流单元设计。该公司还在试验更快的充电技术，有望将充电时间从90分钟缩短至60分钟以内。.

能否集成太阳能或燃料电池系统？

专家认为短期内不太可能实现，因为人形机器人主动行走所需的能量相对较高：平均约为300瓦。太阳能电池只能提供其中一小部分功率。而燃料电池则会增加重量并需要氢能基础设施，因此模块化电池目前仍然更经济。.

目前是否有关于电池更换的专利申请？

优必选科技已为“双足机器人标准化电池仓快速更换装置”申请了多项专利；中国国家知识产权局（CNIPA）数据库显示，这些申请最早可追溯至2024年和2025年。这些专利涵盖了自锁机制和电池更换协议，使得竞争对手难以进入市场。.

经济指标

优必选的财务状况如何？

优必选科技2025年的财务状况充满挑战，但这对于一家年轻的机器人科技公司而言并非罕见。该公司公布的营收为195万元人民币（约合2.42亿欧元），净亏损为104万元人民币（约合1.29亿欧元）。尽管面临这些财务挑战，优必选科技已拥有相当可观的机器人产品组合，旗下Walker机器人订单超过500台，员工人数达2191人。.

MarketScreener的市场分析师预测，尽管目前预期亏损，优必选科技仍将继续大力投资研发——这对于创新型科技公司而言是一种典型的做法。该战略旨在从2027年开始实现初步盈利，尤其是在能够获得来自汽车行业的大额订单的情况下。这一投资策略凸显了该公司在充满活力的机器人领域的长期发展潜力和雄心壮志。.