人形機(jī)器人的核心零部件驅(qū)動(dòng)方式:

旋轉(zhuǎn)式= 驅(qū)動(dòng)器+編碼器+無(wú)框力矩電機(jī)+減速機(jī)+力傳感

直線式= 驅(qū)動(dòng)器+編碼器+無(wú)框力矩電機(jī)+絲杠+力傳感器

電驅(qū)旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的不同結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)：

TSA剛性執(zhí)行器：剛性高，體積小，但是力矩透明度低，需配合力傳感器使用；

SEA串聯(lián)執(zhí)行器：可提升關(guān)節(jié)柔順性和抗沖擊性，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度低；

PA本體執(zhí)行器（準(zhǔn)直驅(qū)）：成本低，力矩透明度高，但是扭矩密度較低。

伺服系統(tǒng) —— 重中之重，功率/扭矩密度

理想值功率密度5-8kW/kg，扭矩密度500-800N·m/kg。

如何提高執(zhí)行部件的功率密度？

執(zhí)行部件主要分為驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。

驅(qū)動(dòng)器從功率半導(dǎo)體、基板材料、電路拓?fù)洹峁芾怼④浖惴ǖ确矫妫浑姍C(jī)從定轉(zhuǎn)子拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電磁設(shè)計(jì)、繞組設(shè)計(jì)、新型材料，散熱設(shè)計(jì)等方面提升功率密度。

人形機(jī)器人核心零部件發(fā)展方向

伺服系統(tǒng)——高響應(yīng)性：需要能夠快速響應(yīng)外部環(huán)境和內(nèi)部控制命令的變化。

包括：快速電流環(huán)控制，更高采樣速率和采樣精度；提升電流環(huán)帶寬和響應(yīng)特性；低慣量電機(jī)設(shè)計(jì)，降低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

伺服系統(tǒng)——高智能：需要自主適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境，各種外部沖擊和擾動(dòng)，并可主動(dòng)調(diào)整。

伺服系統(tǒng)——高精度：滿足機(jī)器人精細(xì)作業(yè)要求，如手指操作等。需要高精度電流矢量控制、高精度編碼器與低齒槽轉(zhuǎn)矩電機(jī)設(shè)計(jì)。

伺服系統(tǒng)——高安全：

人形機(jī)器人三大法則（阿西莫夫）

第一條：機(jī)器人不得傷害人類，或看到人類受到傷害而袖手旁觀。

第二條：機(jī)器人必須服從人類的命令，除非這條命令與第一條相矛盾。

第三條：機(jī)器人必須保護(hù)自己，除非這種保護(hù)與以上兩條相矛盾。

小結(jié)：從發(fā)展方向來(lái)看，高功率密度、高爆發(fā)、高響應(yīng)等將會(huì)是人形機(jī)器人核心零部件的發(fā)展方向。以伺服系統(tǒng)為例，其重點(diǎn)在于功率/扭矩密度問(wèn)題。從業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)來(lái)看市面上領(lǐng)先的關(guān)節(jié)水平基本處于100~200N·m/kg。而液壓執(zhí)行器峰值扭矩密度可以達(dá)到300~600N·m/kg。現(xiàn)有執(zhí)行器的方案與應(yīng)用需求之間的差距非常明顯，如需提升伺服系統(tǒng)的功率密度，需要同時(shí)在驅(qū)動(dòng)技術(shù)和電機(jī)兩個(gè)方面著手。

此外，伺服系統(tǒng)還應(yīng)在高響應(yīng)、高智能、高精度、安全性等角度，全面滿足人形機(jī)器人的要求。

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