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靈巧手技術路線選擇-驅動方式
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院    2024-11-11

靈巧手的性能和成本受其三大核心組件—驅動、傳動和傳感裝置的共同影響。首先，驅動系統(tǒng)為手部提供必要的動力和旋轉力，確保其具備足夠的操作能力；其次，傳動系統(tǒng)負責將動力傳遞到手指，精確控制其運動軌跡；最后，傳感系統(tǒng)則負責監(jiān)測和響應手部與環(huán)境的互動，提供反饋信息以優(yōu)化抓取動作。

靈巧手研制難點可分為“靈巧”和“作業(yè)”兩部分，靈巧性難題是由于靈巧手關節(jié)自由度分布、關節(jié)數(shù)量要求較高，作業(yè)能力難題則由于靈巧手需要具備更強的操作負載能力、力位精度與可靠性。

靈巧手需從實際應用場景出發(fā)進行結構設計，在追求性能最優(yōu)化的同時要考慮到成本效益，實現(xiàn)兩者之間的合理折中。對于人形機器人的靈巧手，其設計必須考慮到人體工程學的尺寸要求，同時還要兼顧空間限制和重量等實際應用中的實用性因素。

靈巧手技術路線選擇——驅動方式

技術路線1：空心杯電機

特點：具有輕量高效、高轉速和長壽命的特點，適合需要高精度和快速響應的場合，但單獨空心杯電機扭矩相對較低，需要搭配行星齒輪減速器以降低輸出軸的速度并增加扭矩。

應用：因時機器人靈巧手內(nèi)部裝有6個小型伺服驅動器，集成無刷電機、行星減速機、直線導軌、絕對位置檢測傳感器和力傳感器。特斯拉Optimus單手6個無刷空心杯電機模組，由空心杯電機+行星減速箱+編碼器+驅動器+傳感器構成。

供應廠商：Maxon和Faulhaber在技術上處于領先，有刷空心杯電機最小尺寸可做到6mm，無刷空心杯電機直徑Maxon和Faulhaber分別可做到4mm和3mm。鳴志電器的無齒槽空心杯電機模組、精密絲杠傳動模組等在機器人各主要運動控制功能模塊中廣泛適用，空心杯電機成本優(yōu)勢凸顯，但高端產(chǎn)品在功率、效率等方面與海外三大家仍存在差距。

技術路線2：無框力矩電機

特點：具有低轉速大扭矩的特點，能直接耦合（無背隙），可以直接驅動負載，不需要皮帶、齒輪等傳動裝置，其應用于靈巧手相比空心杯電機模組可節(jié)省傳動部件，具備一定成本優(yōu)勢。

?應用：Dexhand和Spacehand靈巧手都采用Robodrive ILM 25無框力矩電機，該電機與傳動比為100:1的諧波減速器HFUC 8結合，組成圓柱體（長約17.5mm，重約46g），提供2.4Nm的連續(xù)扭矩，峰值可達9Nm。

供應廠商：步科股份FMC系列無框力矩電機采用了多槽分瓣式結構，齒槽定位力矩小，可對標國際領先產(chǎn)品。禾川科技于24年5月發(fā)布hu-mdb系列無框力矩電機，并宣布正式進軍人形機器人賽道。

技術路線3：無刷有齒槽電機

特點：無刷電機減少了機械接觸和磨損，壽命更長且維護成本較低；有齒槽磁能更集中，相比空心杯電機模組轉速更低可以節(jié)省齒輪箱，性價比優(yōu)勢較突出。

應用：DLR/HIT Hand II手指基關節(jié)模組使用了Maxon的無刷有齒槽電機和諧波減速器。出于人形機器人降本需求，搭載無刷有齒槽電機的靈巧手商業(yè)化進度可能更快。

供應廠商：Maxon有EC-i、EC flat等系列無刷有齒槽電機，其中EC-i 30以其高動態(tài)性能、低齒槽轉矩和高轉矩特性而著稱。