具身智能2硬件架构（人形机器人）摘自Openloong社区
青龙人形机器人：
硬件 身体全身自由度43，手部自由度6*2，电池续航3h，运动控制算法（zmp/slip/mpc/深度学习）MPC+WBC+强化学习，54Tops（FP16），具有路径建图和自主导航能力，感官系统深度视觉传感器*3全景环视*1，具备语音识别与声源定位，可扩展嗅觉传感器
OpenLoong通过云端OS可以完成虚拟仿真和数字孪生， RDK 支持多机器人多模态交互能力编排，能够融合视觉、听觉、触觉、空间等多种感官的多维度、多状态、多时序的事件输入，输出数据驱动的拟人的肢体动作、语气、富媒体屏幕反馈。
技术参数
总体参数
总体参数表
| 参数 | |
|---|---|
| 外形尺寸 | 直立尺寸：2192mm1850mm300mm，如图所示。 |
| 重量 | 80kg |
| 载重 | ≥20kg |
| 主动自由度 | 43 个 |
| 行走速度 | ≥5km/h； |
| 腰部 | 具备类人手外形，用于 3 自由度 |
| 手臂 |
|
| 灵巧手 |
|
| 续航时间 | ≥3 小时 |
| 电池容量 | ≥30Ah，电压 72V |
| 控制和感知算力 | Up to 400 TOPS |
| 感知传感器配置 |
|
外形尺寸
自由度配置
整体自由度配置
| 序号 | 关节名称 | 自由度 |
|---|---|---|
| 1 | 头部 | 2 |
| 2 | 腿 | 6*2 |
| 3 | 腰部 | 3 |
| 4 | 手臂 | 7*2 |
| 5 | 灵巧手 | 6*2 |
| 合计 | 43 | |
自由度配置示意简图
机动性能
- 小跑速度：≥5km/h；
- 快跑速度：≥9km/h；
- 地形适应能力：满足平地、碎石、沙土等自然地形；
- 可上下 13cm 台阶和 20 度斜坡；
作业能力
- 单臂自由度 7，工作半径≥600mm，肘关节折叠角度可达 170°，末端法兰与末端旋转中心距离≤64mm，整臂灵活工作空间大。
- 单臂平举负载≥3kg，最大负载≥5kg
- 双臂搬运负载≥10kg
- 重复定位精度优于±0.2mm
- 直臂状态下，外包络直径≤Φ109，整臂具有良好的狭窄空间作业能力
感知能力
- 具备目标识别、全景环视、三维重构能力
- 具有融合视觉的自主行为能力；
- 具备自主避障、自主路径规划、自主抓取能力；
- 具备自主开门、乘自动扶梯和电梯能力，可在有门、门槛、楼梯、电梯等设施的室内环境中自主通行
感知头
- 具有深度视觉传感器；
- 具有听觉传感器与基础语音对话能力；
- 头部 2 自由度可转动；
- 具有表情交互能力；
- 具有目标识别处理能力；
感知体
- 具有自主导航与三维地图构建能力；
- 具有局部环境地图构建能力；
- 具有环视上帝视角或全景图像回传能力；
- 具有嗅觉感知能力；
感知手
- 具有指尖感知触觉感知能力
作业能力
- 可与人进行手递手物品交接；
- 可在≥3 大类场景中自主移动作业，作业技能不少于 3 种；
- 能够完成包括但不限于螺纹装配、扎带束线、电连接器接插等操作，在生产线上不少于 3 种工站的操作效率不低于人工执行；
- 能够完成坦克模拟驾驶作业。
交互能力
- 支持 5G、WIFI6 网联通讯
- 可与人进行语音/肢体动作等拟人自然交互；
- 支持远程沉浸式操控；
- 支持多模态情感交互。
硬件内容
电机伺服控制器
驱动电压 11-95VDC；
电流≥130A（正弦波幅值）；
电流环控制频率≥10Khz
电流环控制带宽≥2Khz；
通信频率≥1Khz；
额定功率下驱动器效率≥97%；
具有故障检测及故障上传，能识别电源欠压、过压，过流、过热，反馈异常，电机缺相等故障；
具有驱动器调试上位机，可实现对电机的电参数和机械参数（摩擦转矩、转动惯量等）的自动辨识，并自动整定控制参数；
通讯方式支持 EThercat 通信；
工作温度：-20℃ ～ +55℃；
动力电池组
额定电压 72V（19S）
能量 ≥30Ah
总重量 ≤9kg
额定电流 ≥60A
最大充电电流 ≥15A
最大放电电流 ≥120A（每 400ms 出现一次 20ms 峰值）
自放电率 ≤3％（/28 天）
循环寿命 ≥1000（80％DOD）
连接内阻 ≤1.5mΩ（20℃，50%SOC 时）
电池组的连接内阻低于电池内阻
工作环境温度 -20℃～55℃(放电)，-20℃～45℃（充电）
电压一致性 ≤50mV（静态）
接口 外接充电接口（配充电器）
运动控制计算机
AI 算力：Up to 400 TOPS
支持四路对外千兆以太网；
支持一路内置 WIFI6 功能 ；
支持一路内置 MEMS 传感器，采用 UART 接口与主控板进行通信；
搭载 4G、GPS/北斗定位；
支持 8 路 CAN 总线；
USB3 接口≥6 路；
RS422 通讯接口：1 路，RS232 通讯接口：1 路;
工作温度：-20℃ ～ +60℃
存储温度：-40℃ ～ +80℃
振动：1~5Hz，2g
核心部件
关节参数
关节型号及所属部位
| 所属部位 | 名称 | 峰值力矩（Nm） |
|---|---|---|
| 头部 | 颈部俯仰周转 | 26 |
| 腰部 | 俯仰关节 | 315 |
| 侧展关节 | 315 | |
| 周转关节 | 121 | |
| 腿部 | 髋关节侧展 | 320 |
| 髋关节周转 | 160 | |
| 髋关节前摆 | 396 | |
| 膝关节 | 396 | |
| 踝关节 | 208 | |
| 臂 | 肩关节 1、2 | 80 |
| 肩 3，肘 4 | 58 | |
| 肘 5，腕 6、7 | 11.5 |
电机伺服控制器
驱动电压 11-95VDC；
电流≥130A（正弦波幅值）；
电流环控制频率≥10Khz
电流环控制带宽≥2Khz；
通信频率≥1Khz；
额定功率下驱动器效率≥97%；
具有故障检测及故障上传，能识别电源欠压、过压，过流、过热，反馈异常，电机缺相等故障；
具有驱动器调试上位机，可实现对电机的电参数和机械参数（摩擦转矩、转动惯量等）的自动辨识，并自动整定控制参数；
通讯方式支持 EThercat 通信；
工作温度：-20℃ ～ +55℃；
动力电池组
额定电压 72V（19S）
能量 ≥30Ah
总重量 ≤9kg
额定电流 ≥60A
最大充电电流 ≥15A
最大放电电流 ≥120A（每 400ms 出现一次 20ms 峰值）
自放电率 ≤3％（/28 天）
循环寿命 ≥1000（80％DOD）
连接内阻 ≤1.5mΩ（20℃，50%SOC 时）
电池组的连接内阻低于电池内阻
工作环境温度 -20℃～55℃(放电)，-20℃～45℃（充电）
电压一致性 ≤50mV（静态）
接口 外接充电接口（配充电器）
运动控制计算机
AI 算力：Up to 400 TOPS
支持四路对外千兆以太网；
支持一路内置 WIFI6 功能 ；
支持一路内置 MEMS 传感器，采用 UART 接口与主控板进行通信；
搭载 4G、GPS/北斗定位；
支持 8 路 CAN 总线；
USB3 接口≥6 路；
RS422 通讯接口：1 路，RS232 通讯接口：1 路;
工作温度：-20℃ ～ +60℃
存储温度：-40℃ ～ +80℃
振动：1~5Hz，2g
激光雷达
该雷达用于机器人三维环境地图的构建，为实现长时间可靠的自主导航与精确地图构建提供数据支撑。由于市面上没有人形机器人专用雷达，现有雷达尺寸较大因此导航用雷达拟布置与机器人脖子位置前方，对机体前方进行增量式地图构建并实现自主导航。
依据上述需求雷达布置与机器人胸前或脖子位置，则通过调研目前可以采用的速腾的Bpearl 球面雷达，其探测角度为 360°可以覆盖机器人前方和足端大部分的区域，具体参数如下：
| 激光安全等级 | Class 1 人眼安全 | 盲区 | ≤0.1m |
| 测距能力 | 100m(30m@10%NIST) | 精度（典型值） | 1cm |
| 水平视场角 | 360° | 垂直视场角 | 90° |
| 水平角分辨率 | 0.1°/0.2°/0.4° | 垂直角分辨率 | 2.81° |
| 帧率 | 5HZ/10HZ/20HZ | 转速 | 300/600/1200rp |
| 出点数 | 576,000pts（单回波模式）1,152,000pts（双回波模式） | UDP数据包内容 | 三维空间坐标、反射强度、时间戳等 |
| 以太网输出 | 100Base-TX | 输出数据协议 | UDP packets over Ethernet |
| 工作电压 | 9V - 32V | 工作温度 | -40℃ ~ +60℃ |
| 产品功率 | 12W | 存储温度 | -40℃ ~ +85℃ |
| 防护等级 | IP67、IP6K9K | 时间同步 | $GPRMC with 1PPS,PTP&gPTP |
| 尺寸 | Φ100mm*H111mm | 重量（不包含数据线） | ~0.89kg |
探测角度如下，盲区 10cm：
胸部激光雷达传感器
补盲相机
由于人形机器人站立后胸前的激光雷达仅能探测前方一定角度区域内的障碍物，这将导致机器人无法感知后方和脚下的障碍物信息，在机器人腰部前后各增加 1 路深度相机，具体性能参数如下：
深度相机构成图
- 双目基线：50mm；
- 工作范围：19cm～10m（依环境而改变）；
- 深度精度：＜2% at 2m；
- 深度相机视场（FOV）：H80.5°×V55.2°；
- 深度图分辨率：640×400@30fps。
- 数据接口：USB2.0；
- 输入电压：5VDC（USB2.0 供电）；
- 工作电流：平均 260mA，峰值 1A；
- 典型功耗：平均功耗 1W，峰值功耗＜6W。
红外摄像头中的 CMOS 选型为一款 720P 的图像传感器，可输出 1280H×720V 分辨率图像信号。红外摄像头指标参数如下表所示。
红外摄像头指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 分辨率 | H1280×V720 |
| 像素大小 | 3μm×3μm |
| 曝光方式 | 全局曝光 |
| 帧率 | 30fps |
| IR | 940nm |
| 备注 | 适配镜头后视场角：H80.5°×V55.2 |
激光发射器为 VCSEL 结构光投射器，激光波长为 940nm，散斑点数为 30K，投射器视场(FOV)为 H102°×V78°，激光安全等级为 Class 1，具有光效高、均匀性好、点阵随机性强等特点。激光发射器参数如表所示。
激光发射器指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 激光波长 | VCSEL 940nm |
| 散斑点数 | 30K |
| 投射器视场(FOV) | H102°×V78° |
| 激光安全等级 | Class 1 |
彩色相机中的 CMOS 集成了 1280H×720V 像素阵列，具有 MIPI 接口。彩色相机CMOS 指标参数如表所示。
彩色相机 CMOS 指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 分辨率 | 1280×720 |
| 像素大小 | 1.75μm×1.75μm |
| 曝光方式 | 卷帘曝光 |
| 帧率 | 30fps |
| IR | 650nm |
| 备注 | 适配镜头后视场角：H65.9°×V51.3° |
主板指标性能如表所示。
主板指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 供电方式 | USB2.0 |
| 支持操作系统 | Linux |
| MIPI 摄像头 | 3 个 |
| 深度图分辨率 | 30fps@640×400 |
核心部件
关节参数
关节型号及所属部位
| 所属部位 | 名称 | 峰值力矩（Nm） |
|---|---|---|
| 头部 | 颈部俯仰周转 | 26 |
| 腰部 | 俯仰关节 | 315 |
| 侧展关节 | 315 | |
| 周转关节 | 121 | |
| 腿部 | 髋关节侧展 | 320 |
| 髋关节周转 | 160 | |
| 髋关节前摆 | 396 | |
| 膝关节 | 396 | |
| 踝关节 | 208 | |
| 臂 | 肩关节 1、2 | 80 |
| 肩 3，肘 4 | 58 | |
| 肘 5，腕 6、7 | 11.5 |
电机伺服控制器
驱动电压 11-95VDC；
电流≥130A（正弦波幅值）；
电流环控制频率≥10Khz
电流环控制带宽≥2Khz；
通信频率≥1Khz；
额定功率下驱动器效率≥97%；
具有故障检测及故障上传，能识别电源欠压、过压，过流、过热，反馈异常，电机缺相等故障；
具有驱动器调试上位机，可实现对电机的电参数和机械参数（摩擦转矩、转动惯量等）的自动辨识，并自动整定控制参数；
通讯方式支持 EThercat 通信；
工作温度：-20℃ ～ +55℃；
动力电池组
额定电压 72V（19S）
能量 ≥30Ah
总重量 ≤9kg
额定电流 ≥60A
最大充电电流 ≥15A
最大放电电流 ≥120A（每 400ms 出现一次 20ms 峰值）
自放电率 ≤3％（/28 天）
循环寿命 ≥1000（80％DOD）
连接内阻 ≤1.5mΩ（20℃，50%SOC 时）
电池组的连接内阻低于电池内阻
工作环境温度 -20℃～55℃(放电)，-20℃～45℃（充电）
电压一致性 ≤50mV（静态）
接口 外接充电接口（配充电器）
运动控制计算机
AI 算力：Up to 400 TOPS
支持四路对外千兆以太网；
支持一路内置 WIFI6 功能 ；
支持一路内置 MEMS 传感器，采用 UART 接口与主控板进行通信；
搭载 4G、GPS/北斗定位；
支持 8 路 CAN 总线；
USB3 接口≥6 路；
RS422 通讯接口：1 路，RS232 通讯接口：1 路;
工作温度：-20℃ ～ +60℃
存储温度：-40℃ ～ +80℃
振动：1~5Hz，2g
激光雷达
该雷达用于机器人三维环境地图的构建，为实现长时间可靠的自主导航与精确地图构建提供数据支撑。由于市面上没有人形机器人专用雷达，现有雷达尺寸较大因此导航用雷达拟布置与机器人脖子位置前方，对机体前方进行增量式地图构建并实现自主导航。
依据上述需求雷达布置与机器人胸前或脖子位置，则通过调研目前可以采用的速腾的Bpearl 球面雷达，其探测角度为 360°可以覆盖机器人前方和足端大部分的区域，具体参数如下：
| 激光安全等级 | Class 1 人眼安全 | 盲区 | ≤0.1m |
| 测距能力 | 100m(30m@10%NIST) | 精度（典型值） | 1cm |
| 水平视场角 | 360° | 垂直视场角 | 90° |
| 水平角分辨率 | 0.1°/0.2°/0.4° | 垂直角分辨率 | 2.81° |
| 帧率 | 5HZ/10HZ/20HZ | 转速 | 300/600/1200rp |
| 出点数 | 576,000pts（单回波模式）1,152,000pts（双回波模式） | UDP数据包内容 | 三维空间坐标、反射强度、时间戳等 |
| 以太网输出 | 100Base-TX | 输出数据协议 | UDP packets over Ethernet |
| 工作电压 | 9V - 32V | 工作温度 | -40℃ ~ +60℃ |
| 产品功率 | 12W | 存储温度 | -40℃ ~ +85℃ |
| 防护等级 | IP67、IP6K9K | 时间同步 | $GPRMC with 1PPS,PTP&gPTP |
| 尺寸 | Φ100mm*H111mm | 重量（不包含数据线） | ~0.89kg |
探测角度如下，盲区 10cm：
胸部激光雷达传感器
补盲相机
由于人形机器人站立后胸前的激光雷达仅能探测前方一定角度区域内的障碍物，这将导致机器人无法感知后方和脚下的障碍物信息，在机器人腰部前后各增加 1 路深度相机，具体性能参数如下：
深度相机构成图
- 双目基线：50mm；
- 工作范围：19cm～10m（依环境而改变）；
- 深度精度：＜2% at 2m；
- 深度相机视场（FOV）：H80.5°×V55.2°；
- 深度图分辨率：640×400@30fps。
- 数据接口：USB2.0；
- 输入电压：5VDC（USB2.0 供电）；
- 工作电流：平均 260mA，峰值 1A；
- 典型功耗：平均功耗 1W，峰值功耗＜6W。
红外摄像头中的 CMOS 选型为一款 720P 的图像传感器，可输出 1280H×720V 分辨率图像信号。红外摄像头指标参数如下表所示。
红外摄像头指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 分辨率 | H1280×V720 |
| 像素大小 | 3μm×3μm |
| 曝光方式 | 全局曝光 |
| 帧率 | 30fps |
| IR | 940nm |
| 备注 | 适配镜头后视场角：H80.5°×V55.2 |
激光发射器为 VCSEL 结构光投射器，激光波长为 940nm，散斑点数为 30K，投射器视场(FOV)为 H102°×V78°，激光安全等级为 Class 1，具有光效高、均匀性好、点阵随机性强等特点。激光发射器参数如表所示。
激光发射器指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 激光波长 | VCSEL 940nm |
| 散斑点数 | 30K |
| 投射器视场(FOV) | H102°×V78° |
| 激光安全等级 | Class 1 |
彩色相机中的 CMOS 集成了 1280H×720V 像素阵列，具有 MIPI 接口。彩色相机CMOS 指标参数如表所示。
彩色相机 CMOS 指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 分辨率 | 1280×720 |
| 像素大小 | 1.75μm×1.75μm |
| 曝光方式 | 卷帘曝光 |
| 帧率 | 30fps |
| IR | 650nm |
| 备注 | 适配镜头后视场角：H65.9°×V51.3° |
主板指标性能如表所示。
主板指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 供电方式 | USB2.0 |
| 支持操作系统 | Linux |
| MIPI 摄像头 | 3 个 |
| 深度图分辨率 | 30fps@640×400 |
全景相机
全景环视系统基于嵌入式高性能多媒体处理器，通过在机器人腰部布置四个超广角可见光相机，将采集到的图像信息拼接成一副全景鸟瞰图，并通过显示终端解码显示鸟瞰图，操作手可直观的看到机器人所处的位置以及其周围环境、目标物、障碍物等。还可以根据需要在机器人前胸和后背配置两路广角摄像头，用于直接输出或拼接输出其身体前向和后向的环境态势。全景环视系统框图如图所示。
全景环视系统框
全景环视系统中的全景广角相机选择 GC2035 摄像头模组，该模组由 1/2.9 英 寸 CMOS 图像传感器和 120°广角镜头组成，可输出 1920×1080 分辨率的图像信号，视
频接口为 MIPI。其参数指标如表所示。
GC2035 指标参数
| 参数 | 指标 |
|---|---|
| 分辨率 | 1920H×1080V |
| 像面尺寸 | 1/2.9 |
| 曝光方式 | 全局曝光 |
| 帧率 | 1080P@30fps |
| 镜头 | 120°广角镜头 |