<table id="ej5zp"></table>

  • 展會信息港展會大全

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生
    來源:互聯網   發布日期:2022-04-09 10:03:02   瀏覽:3000次  

    導讀:機器人能跑能跳,能上下樓梯,端茶倒水的秘密武器是什么? 答案是伺服驅動器。 伺服驅動器是實現機器人運動能力的核心部件, 在機器人系統中的功能等同于人體的關節組織 ,因此又被稱為關節驅動器;此外,它還要承擔一部分感知能力,感知外界的力之后再給外...

    機器人能跑能跳,能上下樓梯,端茶倒水的秘密武器是什么?答案是伺服驅動器。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    伺服驅動器是實現機器人運動能力的核心部件,在機器人系統中的功能等同于人體的關節組織,因此又被稱為“關節驅動器”;此外,它還要承擔一部分感知能力,感知外界的力之后再給外界一個力反饋,從而實現柔性控制,確保機器人在外界不斷變化的環境中安全、順暢地工作。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    服務型機器人伺服驅動器技術門檻高,由于安裝空間和應用工況的限制,不僅需要體積孝重量輕,還得具備大扭矩、高精度的特點,往往占到機器人總成本50%以上。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    隨著服務機器人市場需求的快速增長,作為典型“高精尖”零部件的伺服驅動器正在受到廣泛關注。國際標準化組織齒輪技術委員會(ISO/TC60)委員、教育部長江學者特聘教授石照耀博士優必選人形機器人創新中心專家丁宏鈺為此撰寫了《雙足仿人機器人驅動器演進、現狀與前景》一文,充分探討伺服驅動器的發展歷程,分析了雙足仿人機器人關節的運動特點并提出了其核心技術指標,對剛性驅動器、彈性驅動器和準直驅驅動器三種主流技術路線的發展進行了論述和綜合比較,清晰地論述了下一階段驅動器原理的新研究方向和現有驅動器技術的發展趨勢。

    讓我們通過此文來了解機器人的關節“伺服驅動器”。

    雙足仿人機器人驅動器

    演進、現狀與前景

    雙足仿人機器人被譽為“制造業皇冠上的明珠”,機器人關節驅動器(也稱為機器人一體化關節)是雙足仿人機器人關鍵部件,按動力來源可以分為液壓、氣動、電機驅動、記憶金屬、生物類(心肌細胞)等,這里只討論電機驅動的驅動器。本文中驅動器由電機、減速器、編碼器、控制板和控制軟件等組成。

    雙足仿人機器人在很多應用場合可以協助或代替人類工作,如家庭助手、災難救援、防爆和反恐等。期望其接近甚至達到人類的運動性能,但無論是本田的ASIMO,還是波士頓動力ATLAS,亦或是意大利技術研究院的Walk-Man都沒有全面達到人或動物的運動性能。雙足仿人機器人關節運特點和人類類似,如運動速度快,機動性能好,步幅和步頻變化,能量新陳代謝變化,離散著地點,高速碰撞等。這些運動特點要求驅動器具有高功率密度、高響應性、高能量利用效率和耐沖擊性等特性。

    本文對剛性驅動器、彈性驅動器、準直驅驅動器的國內外研究現狀進行詳細論述,綜合比較3種驅動器技術,分析當前遇到的問題,提出了下一步的發展趨勢。

    一、驅動器的演進

    1971年,早稻田大學加藤一郎教授成功研制出世界上第1臺三維雙足機器人WAP-3,并實現靜步行走,揭開了雙足仿人機器人研制的序幕。

    雙足仿人機器人相對于傳統輪式和履帶式機器人有許多突出的特點,如雙足仿人機器人具有地面適應性好,能耗小,工作空間大,雙足或多足行走等,這些特點對機器人的機械結構及驅動器有很高的要求。

    雙足仿人機器人驅動器的研究已有30多年的歷史,其類型和歷史如圖1所示,其中有3個關鍵事件:

    1)1983年,早稻田大學研究的WL-10R機器人使用剛性驅動器TSA(traditional stiffness actuator)。自此雙足仿人機器人開始廣泛應用剛性驅動器為關節動力源。

    2)1995年,麻省理工學院的Pratt等人提出了彈性驅動器SEA(series elastic actuator)的概念,拉開了彈性驅動器研究的序幕。美國宇航局的機器人Valkyrie和意大利技術研究院的機器人Walk-Man都使用了彈性驅動器。

    3)2016年,Wensing等提出了準直驅驅動器PA(proprioceptiveactuator)的概念,并將其應用于四足機器人Cheetah和雙足機器人Hermes,準直驅驅動器成為最近幾年研究的熱點。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖1 驅動器類型和歷史

    過去30多年驅動器技術的發展,主要表現在以下幾方面:

    1)驅動器和整機關系方面,經歷了驅動器獨立設計到和整機融合的發展。

    2)整體設計方面,經歷了剛性驅動器到彈性驅動器和準直驅驅動器的發展。

    3)減速器方面,經歷了大傳動比減速器到小傳動減速器的演變。

    4)控制方面,經歷了從位置控制到力位混合控制和阻抗控制的演變。

    二、驅動器的研發現狀

    2.1 剛性驅動器

    剛性驅動器主要由電機、高傳動比減速器、編碼器、力矩傳感器和控制板等組成,力矩傳感器是可選擇項。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖2 剛性驅動器

    整體設計方面,Sebastian 等為機器人LOLA設計了驅動器,如圖2所示,包括無刷電機、諧波減速器、絕對編碼器和增量編碼器等。Iribe等為SDR 機器人開發了驅動器,此驅動器包括內轉子電機和精密減速器,它的特點是具有高反驅動能力。為了方便設計布局和拆裝,Park等提出了驅動器模塊化設計概念。表1所示是目前主要剛性驅動器配置比較,除韓國Robotis的Dynamixel Pro Series的驅動器采用擺線針輪減速器外,其他均采用諧波減速器,為了節省軸向尺寸空間剎車和力矩傳感器不是必選的,所有的設計都使用了絕對式編碼器,因為通常機器人本體會裝有陀螺儀IMU(inertial measurement unit),驅動器很少另外再裝設IMU。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    表1 剛性驅動器配置比較

    優化設計方面,Huber等提出了一種基于執行器的性能特征選擇最適合給定任務的執行器類型的法。Van de Straete等提出驅動器的新設計方法,將設計分為可行性和優化階段。為伺服驅動系器統提供了快速,自動化的設計程序,同時可以圖表顯示結果。Roos等就減速器傳動比對驅動器性能影響、伺服電機和減速器集成優化、機械和控制整合設計進行了研究。Vaculik等研究了驅動器的設計流程,建立電機和減速器參數模型。為了平衡電機和減速器參數,Zhou等開發了由MSC.ADAMS動力學模型和Matlab代碼優化算法組成的協同仿真平臺,該平臺通過電機和減速器不同組合實現五軸機械臂的重量輕量化。Budinger等建立了基于模型的機電執行器初步設計的估算模型。Rezazadeh等研究了機器人系統中一般負載下驅動器電動機和傳動裝置的機電選擇優化解決方案。Saerens等針對機器人最大連續輸出扭矩和轉動慣量,根據減速器級數、傳動比和不同類型的尺寸參數,制定了比例定律。

    由上述分析可知,剛性驅動器的整體設計方面已經較難有創新,更多研究集中在電機和減速器整體優化設計上。然而由于元器件工藝和原理上的限制,傳統剛性驅動器的功率密度很難達到生物肌肉的水平500 W/kg,同時也解決不了機器人受外部沖擊時零部件強度問題,繼而彈性驅動器應運而生。

    2.2 彈性驅動器

    使用TSA的機器人在行走、奔跑、跳躍等運動能力上遠遠沒有達到人類和動物的水平,而人類和動物實現這些運動能力是依靠肌肉系統實現的。動物利用剛柔并濟的肌肉骨骼系統在運動過程中儲存和釋放能量,調節能量在時間和功率密度上的不匹配,提高關節瞬時爆發力,高效循環利用能量,同時能夠實現落地緩沖。為此科研人員研究各種自適應的彈性驅動器來模擬肌肉系統功能,使關節表現出柔順、安全和高能量效率特性。

    彈性驅動器的原理主要借鑒Hill肌肉三元素力學模型。如圖3所示,其中 CE (contractile element)是肌肉收縮單元,SE(serieselement)是串聯彈性單元,PE(parallelelement)是并聯彈性單元,組合后主要有PS(parallel-series)肌肉模型和SP(series-parallel)肌肉模型2種形式。根據 PS 和 SP 肌肉模型結構,由結構相似性可得到如圖4e所示的并串式彈性驅動器 PSEA(parallel series elastic actuator)和串并式彈性驅動器SPEA(series parallel elastic actuator)2種仿生彈性驅動器結構。符號A 表示一般驅動元件,即剛性驅動器,圖4a-f[31]中表示由驅動元件A與 SE、PE 單元共同作用構成的彈性驅動器模型,ks和kp分別為 SE 和 PE單元的剛度。PSEA 和 SPEA同時具有 SE 和 PE 單元,因此稱為多模態彈性驅動器MEA(multi-mode elastic actuator)。剛性驅動器、串聯彈性驅動器、并聯彈性驅動器PEA (parallel elastic actuator)和離合彈性驅動器CEA(clutched elastic actuator)均為基本模型,它們是MEA的特例形式。近年來研究成果及應用主要集中在串聯彈性驅動器、并聯彈性驅動器、離合式彈性驅動器和多模態彈性驅動器。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖3 Hill肌肉力模型

    2.2.1 串聯彈性驅動器

    串聯驅動器是在驅動元件和負載間增加彈性單元,這樣可以緩沖外部沖擊和儲能。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖4 彈性驅動器類型

    麻省理工學院的Pratt等最早提出了SEA的概念,并證明了SEA具有抗沖擊性,較低的反射慣性,更精確和穩定的力控制性能,減少對環境的破壞和能量存儲,繼而開展了SEA的閉環力控和在腿足機器人上應用研究。

    經過幾十年的發展,SEA近些年的研究主要集中在變剛度設計、控制和應用上。Vanderborght等研究了機械可調節的柔度和可控制的平衡位置驅動器,其柔度和平衡位置可以完全獨立地控制,并且兩者均由專用伺服電機設定。Sariyildiz等研究了新型SEA的運動控制問題(即位置和力控制問題),提出了一種基于加速度的魯棒控制器。通過串聯軟彈簧和硬彈簧實現可變剛度的SEA,以便減少常規SEA的基本性能限制。Haddadin等通過優化控制,實現最大化變剛度彈性驅動器的輸出速度,由于彈性驅動器儲能作用,其最大輸出速度,超過理論電機輸出能力。為解決救災機器人跌落和與環境的碰撞問題,意大利技術研究院設計了新型的彈性驅動器,該驅動器應用于WALK-MAN機器人手臂,實驗驗證了負載能力和抗沖擊能力。如圖5所示,在諧波減速器輸出端和驅動器輸出間設置了彈性零件扭力桿。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖5 彈性驅動器

    由上述分析可知,SEA具有緩沖機器人觸地沖擊緩解外部碰撞沖擊的作用,同時還可以儲存能量,但由于彈性元件引入,系統變為欠驅動系統,因此運動控制精度較低。

    2.2.2 并聯彈性驅動器

    并聯驅動器是在驅動元件基礎上增加并聯的彈性元件,共同作用于被驅動對象,是通過控制驅動元件來調節并聯彈性元件的能量儲存和釋放。

    Mettin等將PEA原理應用于2階倒立擺模型中,將被動彈簧與欠驅動執行器并聯,可以顯著降低能量損耗。Niehues等通過數學建模證明,在機器人關節存在時間延遲的情況下,PEA可以提高穩定性和魯棒性。同時設計2個具有PEA的2自由度肌腱驅動手指,實驗結果表明,在實現平滑軌跡跟蹤,特別是在穩定性和對沖擊的魯棒性方面,機器人手中引入PEA具有優勢。

    Brown等在機械臂中加入平行彈簧元件,加了設計合理的彈簧可以將電機峰值轉矩降低約50%,并將能耗降低25%。Borras等在 Stewart 并聯機器人的關節處增加并聯彈簧,提出了簡單的優化策略,結果表明當并聯機器人受特定力,例如重物壓在平臺上時,PEA 能夠大幅減小驅動元件的輸出力矩,通過該方法在剛性不降低的情況下實現了小功率電機驅動大載荷。Mazumdar等研究雙足機器人腿部應用PEA,如何減少能量損耗,提高能量利用效率,如圖6所示。a是PEA的原理圖,b展示PEA在機器人髖關節上的應用。Toxiri等將PEA應用于上肢外骨骼機器人,相對于不增加平行彈性元件的設計明顯減少對電機力矩的需求,同時改善了控制性能。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖6 并聯驅動器

    由上述分析可知,并聯彈性元件可以實現能量存儲和釋放的作用,相對傳統剛性驅動器并聯彈性驅動器可以顯著提高輸出功率,降低能量損耗。存在的問題是配合機器人運動,如何最大化的實現能力儲存和釋放。

    2.2.3 離合彈性驅動器

    離合彈性驅動器是在串聯彈性驅動器或并聯彈性驅動器的彈性元件位置增加離合裝置,控制彈性元件開合,以控制彈性元件的能量儲存和釋放。

    Haeufle等介紹了CEA初始原型機的設計和控制,原型機包括直流電機、彈簧和低成本的電子離合器,模仿人體反彈任務中膝部伸肌的扭矩和運動模式,實驗表明原型機中的并聯彈簧將執行器的能耗降低了約80%,將直流電機的峰值扭矩需求降低了約66%。Plooij等介紹了雙向離合并聯彈性執行器(BIC-PEA)的概念和設計,驗證了通過控制離合在時間和方向上加載和卸載,并行彈簧可以減少機器人的能耗,具體設計如圖7所示。另外,Plooij等根據形態不同,把CEA分為9類,并提出了CEA功能分析的數學方法。Penzlin等把CEA設計用于外骨骼機器人,通過非線性模型建立、樣機制作和試驗,證明CEA可以提高外骨骼設計的效率。DeBoon等研究CEA在康復外骨骼機器人上的應用,驅動器包括直流電機、扭簧和磁粉制動器,提出自由運動、彈性運動和輔助阻抗運動3種制動模式。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖7 離合驅動器

    由上述分析可知,由于離合裝置的引入,CEA可以控制彈性元件能量的儲存和釋放,大幅提高了能量效率,具體的應用領域可以靈活的設置彈性元件和離合機構的形式,此領域是目前研究的熱點。

    2.2.4 多模態彈性驅動器

    針對單一驅動器不能滿足機器人瞬時高輸出扭矩、能量效率和抗沖擊能力的問題,提出了多模態彈性驅動器的概念。

    Mathijssen等研究串并聯驅動器SPEA,平行彈性元件可變的載荷儲存和釋放,使用多個帶有鎖緊環和鎖板的不完全齒輪作為與電動機并聯的間歇機構。結果表明該裝置可以降低電動機扭矩要求,減小電動機的尺寸,提高效率。Geeroms等設計一種多模態驅動器應用于假肢,同時具有并聯和串聯彈簧,并聯彈簧可以鎖定,相對順應性和直接驅動的人工膝關節,新構型驅動器的膝關節能量消耗小,水平走路運動軌跡和健康膝關節更接近。Roozing等基于三自由度腿部機器人,研究了只有SEA和SEA加并聯儲能分支的區別,原理和原型機如圖8所示,實驗證明,加并聯儲能分支可以節能53%以上。

    由上述分析可知,多模態彈性驅動器集合了單一驅動器的優點,可以實現很好的儲能和節能。但整體結構復雜,系統建模和控制也變得復雜。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖8 多模態驅動器

    2.3 準直驅驅動器

    準直驅驅動器含義是依靠驅動器電機開環力控,不依賴于附加力或力矩傳感器,就可以本體感知機器人腳部和外界的交互力,也被稱為本體驅動器。當然,最理想的是電機直接驅動,但受限于電機工藝和技術,電機直驅驅動器的扭矩密度不能滿足機器人應用的需求,因此,折中采用電機加低傳動比減速器的方案,同時要求負載質量和轉動慣量盡可能的小,這樣可以實現高帶寬力控和良好的抗沖擊能力。準直驅驅動器主要由高扭矩密度電機、低傳動比減速器、編碼器和控制板等組成。

    整體結構設計方面,Wensing等設計的準直驅驅動器使用內轉子電機,減速器是傳動比是5.8的精密行星減速器,如圖9所示。Benjamin等設計了改進版的準直驅驅動器,并搭建了四足機器人Cheetah和雙足機器人Hermes,進行了測試。如圖10所示,電機是外轉子力矩電機,由于直徑增加,電機力矩和半徑是平方關系,扭矩密度遠高于內轉子電機,傳動比為6的行星減速器內嵌到電機內部,軸向尺寸緊湊。整個驅動器的扭矩密度35.4Nm/kg,功率密度達到1416W/kg,超過了肌肉的功率密度500W/kg。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖9 準直驅驅動器

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖10 改進版準直驅驅動器

    宇樹科技提出了一種新的準直驅驅動器結構,在電機基座和內齒圈間增加了離合結構,當外界負載沖擊力即將超過減速器零件極限時,離合結構發生作用,外界沖擊能量轉換成摩擦熱量損耗掉,保護減速器不損傷,結構如圖11所示。另外,在驅動器的電機端和輸出端都設置了位置編碼器,電機軸采用中空結構。銀弗科技提出了一種緊湊型準直驅驅動器,把四點角接觸軸承的滾道直接設置在行星減速器的機架上,減少驅動器的軸向尺寸,減輕重量,具體結構見圖12。優必選科技提出一種軸向尺寸緊湊型準直驅驅動器,如圖13所示,驅動器的控制板布置在電機下方,第一級行星減速器嵌入電機定子內部,第二級行星減速器設置在電機外部,極大減少驅動器的軸向尺寸。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖11 帶離合功能的準直驅驅動器

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖12 緊湊的準直驅驅動器

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    圖13 緊湊的準直驅驅動器

    2.4 3種驅動器比較

    綜合以上對剛性驅動器、彈性驅動器和準直驅驅動器的論述,對3種驅動器的結構布局、力矩測量方式、控制特點、功率特點、能量特點、安全性和應用場景等進行比較。

    如表2所示,結構布局方面,TSA是常規無刷電機驅動高傳動比減速器,直接帶動輸出端,有些設計在電機端增加剎車,在減速器和輸出端增加高剛性力矩傳感器;彈性驅動器,SEA是常規無刷電機驅動高傳動比減速器,在減速器和輸出端間增加彈性體,PEA是在TSA的基礎上增加平行的彈性機構,CEA是SEA或PEA的基礎上增加彈性體開關機構,MEA上PEA、SEA和CEA的組合;準直驅驅動器是高扭矩密度電機驅動低傳動比減速器,輸出端具有小慣量特性。力矩測量方面,剛性驅動器是基于電流或應變片式力矩傳感器,彈性驅動器是使用編碼器原理或應變片式力矩傳感器,準直驅驅動器是應用電流環檢測。控制方面,剛性驅動器控制相對簡單,精度高,彈性驅動器中SEA控制復雜,精度低,PEA控制相對簡單,精度高,CEA控制簡單,但精度一般,CMA控制復雜,精度一般;準直驅驅動器控制簡單,精度高。功率方面,剛性驅動器無功率調,SEA、PEA、CEA的功率調制性好,MEA功率調制非常好;準直驅驅動器的功率調制較差。能量特性方面,剛性驅動器的效率較低;SEA和PEA的效率一般,CMA、MEA和PA的效率高。安全性方面,剛性驅動器的安全性比較差;SEA和MEA用于有彈性體的保護安全性好,PEA安全性一般,CEA較差;準直驅驅動器由于具有反驅特性,安全性好。

    一文讀懂機器人“關節”伺服驅動器的前世今生

    表2 伺服驅動器特性比較

    三、驅動器技術難點和發展趨勢

    雙足仿人機器人驅動器經過30多年的發展,經歷了從剛性驅動器到彈性驅動器和準直驅驅動器的過程。但目前雙足仿人機器人的運動性能還遠沒有達到人類和動物的水平,驅動器技術還有一些難點需要克服,下一步的發展方向需要深入討論。

    3.1 技術難點

    剛性驅動器應用在雙足仿人機器人最早,設計理論也相對成熟,在傳統的雙足機器人、工業機器人、協作機器人和工業精密轉臺等方面得到廣泛應用。但由于電機和減速器功率密度限制,在合適工作區間內的最大輸出功率密度只能到200~300W/kg,遠沒有達到動物肌肉的500W/kg,這就限制其在雙足仿人機器人上的應用。另外,剛性驅動器還沒有建立標準檢測方法和性能評價標準。

    彈性驅動器經過多年的發展,取得了許多成果,SEA技術也在一些產品得到應用,如蘇黎世理工的四足機器人ANYmal、美國宇航局的Valkyrie和意大利技術研究院COMAN等。但由于彈性體引入,系統為欠驅動,給控制帶來了難度,尤其在機器人腿部使用,機器人整機的運動控制比較難實現。PEA、CEA和MEA技術應用于產品的相對較少,PEA很難控制并聯彈性體的能量吸收和釋放的時機,CEA很好解決串聯彈性體何時開關的問題,但增加了輔助控制裝置或機構,MEA結構和控制復雜。

    準直驅驅動器是最近幾年新興技術,發展迅速,并在多了產品得到應用,如麻省理工的Cheetah、宇樹科技的Laikago和云深處科技的絕影等。設計的初衷是提高驅動器的扭矩密度,瞬間響應性和抗沖擊能力,同時降低成本,因為只有電機端有位置編碼器,這就面臨機器人斷電了后,驅動器如何回到機械零位的問題。

    3.2 發展趨勢

    研究表明,人類步行、疾跑和跳躍等動作腳底與地面沖擊力是自重的3倍以上,雙足仿人機器人若要達到近似人類或動物的運動能力,取決于驅動器系統相對于自重或負載的驅動能力,以及在傳感系統、控制系統的感知和控制下快速響應能力。另外,還要綜合考慮驅動器的能量效率和緩沖沖擊能力等。

    新設計原理方面,仿生學研究,以鴕鳥、鵪鶉和家禽等動物的腿部骨和骼肌肉為仿生對象,研究新的腿部構型,根據構型需求進而設計驅動器的形式,驅動器結合機器人整機設計、機器人運動控制整體考慮。

    現有驅動器方案研究方面,剛性驅動器方向,雖然在人形機器人應用上受到限制,但在工業領域有廣泛的應用,亟需建立性能指標的檢測方法標準和評價標準,如回差、增速啟動轉矩、剛性、絕對精度、重復定位精度、效率、速度力矩曲線、扭矩力矩曲線、電流力矩曲線等。彈性驅動器方向,在PEA基礎上增加離合裝置控制平行彈性體的開關,這樣可以控制能量的儲存和釋放,提高能量利用率,關鍵是離合裝置如何做的簡單和節能。此外,彈性驅動器設計不能只停留在本身的整合設計,要結合機器人整機結構設計、驅動器設計、運動學和被動動力學對機器人做系統級優化設計,讓機器人整體性能最優。準直驅驅動器方向,需要進一步研究單編碼器驅動器回零點問題,研究絕對編碼器如何取消后備電池,或延長電池的使用壽命,同時考慮改善設計和工藝,提高電機的功率密度,這兩點問題解決了,準直驅驅動器就不限于只用于四足器人,也可以應用于雙足仿人機器人和其他領域。

    驅動器通信方面,通信方式隨著5G、互聯網和云技術的發展,驅動器可以無線與機器人上位機或云端總控相互通信,解決機器人內部走線復雜,線材易磨損問題,同時可以檢測和監控驅動器的實時狀態,計算與通信的集成化技術為驅動器智能化提供了各種可能。

    四、結束語

    隨著中國經濟和社會的發展,服務機器人必有廣闊的應用前景,雙足仿人機器人是服務機器人重要的組成部分,由于其類人的外形,更容易被人類接受。

    本文對雙足仿人機器人驅動器的歷史、關鍵性能指標進行闡述,介紹了剛性驅動器、彈性驅動器、準直驅驅動器的發展現狀,比較了各自特點,說明目前驅動器的性能還遠沒有達到生物肌肉的水平,因此雙足仿人機器人的運動能力也沒有達到人類或動物的程度。指出了驅動器下一步的發展方向,以雙足動物為參考的仿生腿部機構研究,推動和機器人整機高度結合新驅動器構型的出現,F有驅動器方案方面,如果電機和減速器性能沒有大幅提升的情況下,在雙足仿人機器人領域剛性驅動器將會逐步被取代;彈性驅動器需要在功率密度、能量效率、結構布局等指標間平衡,結合機器人整機結構布局、運動步態控制算法做整合優化是下一步研究方向;準直驅驅動器技術發展迅速,編碼器技術創新和電機功率密度上突破,是將來主攻方向。另外,驅動器通信技術革新也是一個發展趨勢。

    關鍵核心技術等不來、靠不來、買不來,需要腳踏實地研發、持之以恒投入,來不得半點僥幸。在產業界和學界的持續努力下,中國在伺服驅動器這一“高精尖”技術上取得了重要成果,打破了國際壟斷,實現了自主量產。

    優必選科技在成立前就開始攻克伺服驅動器的難關。截止目前,公司已設計和生產了40多種不同的伺服驅動器,掌握了從0.2Nm小型伺服驅動器,到120Nm大型伺服驅動器的量產能力,并在不同系列機器人上實現大規模應用,做到研產銷鏈一體化。2016年,優必選科技累計生產伺服驅動器100萬臺,2019年,累計交付含伺服驅動器的機器人100萬臺。

    來看看Walker X通過伺服驅動器實現的各種運動能力

    機器人安上國產“關節”,見證了近年來中國科研力量著力搶占硬科技制高點,推動關鍵核心技術自主可控的堅持與努力。

    主編 | 海倫

    撰稿 | 石照耀、丁宏鈺

    編輯 | 白板、暖暖

    贊助本站

    人工智能實驗室
    AiLab云推薦
    展開
    Copyright © 2010-2022 AiLab Team. 人工智能實驗室 版權所有    關于我們 | 聯系我們 | 廣告服務 | 公司動態 | 免責聲明 | 隱私條款 | 工作機會 | 展會港
    18禁无遮拦无码国产在线播放

    <table id="ej5zp"></table>