RAIPAL: A Powerful and Agile Humanoid Arm for Human Tasks

📄 arXiv: 2611.04334v1 📥 PDF

作者: Donggeon Kim, Hyungho Chris Choi, Donghyuk Choi, Jeongsoo Park, Choongin Lee, Chan Park, Jemin Hwangbo

分类: cs.RO

发布日期: 2026-11-03

备注: Published in IEEE Robotics and Automation Letters (RA-L), 2026. Supplementary video: https://youtu.be/xVUWFICD5G0

期刊: IEEE Robotics and Automation Letters 11(12) (2026) 13813-13820

DOI: 10.1109/LRA.2026.3741787

💡 一句话要点

提出RAIPAL以实现人类任务的高效执行

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control) 支柱七：动作重定向 (Motion Retargeting)

关键词: 类人机器人 操纵器设计 人类任务 动态运动 负载能力 持续操作 性能优化

📋 核心要点

  1. 现有的类人机器人设计往往无法在多样化任务中实现人类水平的性能，尤其是在负载和动态运动方面。
  2. 本文提出的RAIPAL通过从人类上肢性能测量中导出目标，优化了执行器和机制设计，以实现更高的扭矩透明性和持续性。
  3. 实验结果显示RAIPAL在负载能力、速度和耐久性方面均表现优异，显著缩小了人类与类人机器人的能力差距。

📝 摘要（中文）

本文提出了一种专为人类任务设计的类人操纵器硬件，旨在实现人类水平的性能，涵盖从重载到高度动态的多种任务。与传统设计不同，本文的方法依据已发布的人类上肢性能测量，设定了力、速度和耐久性目标。这些目标指导了执行器、机制和热设计，确保扭矩透明性和持续操作能力。实验结果验证了其广泛的任务能力，显示出最高20公斤的负载能力（是自身质量的2.25倍）、20.6米/秒的末端速度，并在重复冲击下持续运行。热分析进一步确认，该机器人在几乎整个负载范围内的持续操作能力超过了已发布的人类负载-持续时间边界。

🔬 方法详解

问题定义：本文旨在解决现有类人机器人在多样化任务中无法达到人类水平性能的问题，尤其是在负载和动态运动方面的不足。

核心思路：通过从人类上肢性能测量中导出力、速度和耐久性目标，指导RAIPAL的执行器、机制和热设计，以实现更高的性能和持续性。

技术框架：RAIPAL的整体架构包括力导向的上臂组件、速度导向的前臂组件，以及依赖于姿态的肘部机制，所有组件均由行星齿轮执行器和嵌入式电子设备驱动。

关键创新：RAIPAL的主要创新在于其设计基于人类任务测量的硬件目标，显著缩小了人类与类人机器人之间的能力差距，尤其是在负载和动态运动方面。

关键设计：RAIPAL的设计中，关键参数包括扭矩透明性、持续操作能力和动态响应特性，确保其在多种任务中的高效表现。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

实验结果表明，RAIPAL的最高负载能力达到20公斤，是其自身质量的2.25倍，末端速度可达20.6米/秒，并且在重复冲击下能够持续运行，显示出其卓越的性能和耐久性。

🎯 应用场景

RAIPAL的设计使其在工业自动化、服务机器人和医疗辅助等领域具有广泛的应用潜力。其高效的负载能力和动态响应特性能够满足复杂人类任务的需求，推动类人机器人在实际场景中的应用与发展。

📄 摘要（原文）

This paper presents humanoid manipulator hardware designed specifically for human-level performance throughout its broad domain of tasks, from heavy payloads to highly dynamic motions. Unlike conventional designs targeting uniform workspace capability, the proposed approach derives force, speed, and endurance targets from published measurements of task-relevant human upper-limb performance. These targets guide the actuator, mechanism, and thermal design toward torque transparency and sustained operation. The platform integrates force-oriented upper-arm components, speed-oriented forearm components, and a posture-dependent elbow mechanism that shifts its torque-speed behavior. These components are driven by planetary actuators and compact actuator-embedded electronics. Experimental results validate broad task capability, demonstrating a peak payload of 20 kg (2.25x its own mass), an endpoint speed of 20.6 m/s, and continued operation under repeated hammering impacts. Thermal analysis further confirms that the robot's sustained operation capability exceeds the published human load--duration boundary across nearly the entire load spectrum. These findings show that hardware targets derived from human-task measurements narrow the human-to-humanoid capability gap. A supplementary video is available at https://youtu.be/xVUWFICD5G0