机器人行业专题报告:人形机器人硬件不断演进,新型执行器方向值得关注.pdf
- 上传者:九阳神功
- 时间:2023/12/04
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机器人行业专题报告:人形机器人硬件不断演进,新型执行器方向值得关注。关节执行器是机器人硬件的创新和优化迭代的关键环节。关节执行器是足式机器人实现运 动的核心部件,类似于人类的“四肢关节”,同时占据了机器人的大部分重量,其性能不 仅直接影响机器人关节的输出能力,也决定了机器人系统的动态性能上限,因此一直是机 器人硬件研究的重点,学术界执行器研究经历了从刚性驱动器到弹性驱动器、再到半直驱 驱动器的演进过程。
半直驱执行器(QDD)适应足式机器人的高动态响应要求,是近年来新兴的执行器技术。 半直驱电机(Quasi Direct Drive)简称 QDD,最早通过 MIT Cheetah 四足机器人进入 大众的视线,也称本体驱动器(Proprioceptive Actuator)。半直驱驱动器的原理和其他 执行器类似,但结构略有区别,其核心部件包括:驱动器、无框力矩电机、行星减速器、 位置编码器、轴承、热管理等。
半直驱执行器优势在于:一定的扭矩输出能力+可靠精确的电流环力反馈能力+高动态力控 响应能力。半直驱电机特点包括:1)低减速比减速器,使转动惯量尽可能地小,力和扭 矩更可控,驱动器可以承受更高的冲击并允许高度动态的行为;2)电流环力反馈:由于 减速比小,因此直接使用电机的电流环和相应的减速比,就能得到驱动器端的输出扭矩, 节省了力传感器的成本;3)电机扭矩大,直径大,轴向长度低,从而实现一定的负载能 力;4)外转子+内嵌式减速机,充分利用轴向空间,形成紧凑的扁平机构。
半直驱执行器的应用从四足机器人延伸至人形机器人。四足机器人要求有较强的运动能力、 高频动态响应能力、精确力反馈能力和低成本实现能力,半直驱电机最满足要求,因此成 为四足机器人的主流方案,在 MIT Cheetah、宇树科技、小米 CyberDog 等四足机器人 上广泛使用。人形机器人已发展至实际应用阶段,降低重量、提高输出能力、改善动态性 能成为研究重点,执行器向更大扭矩密度和功率密度方向迭代,UCLA 的 RoMeLa 实验室 在成人行机器人 ARTEMIS 和小型机器人 Bruce 上应用,机器人均展现出极强的运动能力。
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