图1：ABENICS 主动球头齿轮传统系统工程样品

机器人技术里最炫酷的是什么？

答案是他们的动作极其接近人类，甚至超越人类。而其中最难也是最具科幻色彩的就是关节。

别小看这张图，这可是今年顶级科学杂志IEEE（国际电工学会）刊发的一篇关于万向活动球头传动机构的最新研究成果。

论文截图

该系统由日本山形大学开发，其核心是使用一个“简单”的交叉球面齿轮与一个单极齿轮配对来控制俯仰、滚动和偏航。本质上，这与人类肩膀的全方位运动相同。凭借巧妙的传动装置、耦合和滑动运动，这款名为ABENICS 的齿轮的运动极其精确。

我们先来欣赏一下它工作时的动态显示：

工作动态显示图

是不是很魔幻？当然看到这里，稍微有些机械知识的网友肯定可以感受到其中的奥秘。

当通过添加第二个单极齿轮和差速器并将它们串联起来后，连接到球形齿轮上，组成的系统不仅更加稳定，而且可以在球形齿轮上实现空间多自由度非常精确、高扭矩的运动。

图2：组合系统

其空间控制的自由度轴向方式如下：

看到这里，可能还是很抽象，如果在图2的组合系统上，加上输出链接（如手臂或腿），则意味着对机器人中非常逼真的关节进行有限控制，以实现流畅自然的运动。而这与当前看起来依然是机器的呆板运动控制完全不一样：一般来说，在当今的绝大多数人形机器人中，肩部串联使用两个或多个机动关节：一个控制上下运动，一个控制前后运动，再通过第三个机构来控制旋转。

原型机组装示意图

得益于巧妙的构思和精美的工程设计，实验室测得的自由度等多项关键参数秒杀市面上现有的类似系统，妥妥的遥遥领先！

到目前为止，这种齿轮尚未在任何商业、医疗或工业领域得到广泛采用。尽管其重点主要集中在学术和研究领域，但该技术在未来需要高扭矩、高精度和三维运动自由度的领域中显示出极高的前景。

有意思的是，这个日本研究团队甚至给这种传动机构取了个响亮的名字：ABENICS-基于球齿轮啮合的三自由度主动球窝关节机构（Active Ball Joint Mechanism With Three-DoF Based on Spherical Gear Meshings），这也意味着在不久的将来，这种传动机构极有可能成为一种标准件应用在各个场合中。

在医学领域，如果配备这种 ABENICS 关节的机器人可以发挥无限的作用，尤其是外科医生可以以绝对的准确性、精确度和控制力进行精细的微创手术。

而在航空航天也有特别重要的应用。比如月球车着陆器和航天器都可以配备高度灵巧的机械臂来抓取、钩住甚至组装外星基地，或进行舱外维修等等。

当然最简单的应用，莫过于放在抓娃娃机上，如此一来，什么娃娃都能够手到擒来。

写在最后，有时候“遥遥领先”喊的震天响确实能鼓舞人心，然后呢？

要实现技术的突破，光有口号肯定是不行的，还得有实打实的东西，尤其是在关键领域的关键技术上，还需要更踏实的去干。

至少在人形机器人关节技术上，日本人这次却是是领先了。