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驅動器外置型機器人靈巧手特點

來源:國金證券     編輯:創澤   時間:2023/8/1   主題:其他 [加盟]

驅動器外置靈巧手有兩個優點:

第一,驅動器外置使得機械手本體的設計可以在足夠的空間內展開,從而使得靈巧手的外觀設計更加擬人化,手指本體更加纖細。

第二,驅動器選 型可以更加自由,可以采用更大的驅動電機,從而增大手指的輸出力。

驅動器外置靈巧手的典型代表產品包括美國的 DARPA Extrinsic 靈巧手、NASA(美國宇航 中心)和 GM(通用公司)聯合研制的 Robonaut 2 靈巧手。

DARPA Extrinsic 靈巧手由美國國防部研制,該手具有 5 個手指,其電機和傳動系統 都集成在前臂,被稱為 Cobot。前臂 Cobot 由 1 個 30W 的動力電機和 15 個操縱電機 組成。動力電機是 Cobot 的主驅動元件,沿該電機的輸出軸布置著 5 個圓盤,每個圓 盤內都集成有 3 個 CVT 裝置。CVT 裝置由操縱電機、位置傳感器、動力傳動球、操縱 輥和同步齒輪組成的,能夠根據需要調整轉矩和速度。

Robonaut 2 是 NASA 和 GM 聯合研制的靈巧手,該手有 18 個活動關節、12 個自由度, 手與腕部的所有電機和電路以及電源線和來自上臂的通訊都集成在前臂內,其中,電 源線有 6 根。手的有效負載超過 9kg,手指在充分伸展時可以承受 2.25kg 的指尖力, 指尖速度超過 200mm/s。

驅動器外置靈巧手也有兩個缺點:

(1)驅動器與手本體之間距離遠,必須借助腱實現兩者 的連接,傳感器獲得信息并不能反映靈巧手手指關節位置和關節驅動力,增加了控制器設計的難度。

(2)可維護性差,當某跟腱斷裂時,必須進行靈巧手整體的拆卸,工作量大。






機器人多指靈巧手經歷了三個階段

第一階段是從 20 世紀 70 年代—20 世紀 90 年代,典型代表是日本的 Okada、美國的 Stanford/JPL 和 Utah/MIT;第二階段是從 20 世紀 90 年代到 2010 年

機器人靈巧手是指數≥3,自由度≥9 的末端執行器

靈巧手是機器人操作和動作執行的末端工具,滿足兩個條件:指關節運動時能使物體產生任意運動,指關節固定時能完全限制物體的運動,定義靈巧手是指數≥3,自由度≥9 的末端執行器

智能類人機器人特斯拉擎天柱 (Optimus) 執行機構分析

特斯拉公布了 6 種規格的執行器,旋轉執行器采用諧波減速器+電機的方案,線性執行器采用絲杠+電機的方案,對于手掌關節,其采用了空心杯電機+蝸輪蝸桿的結構

人形機器人前主要聚焦于運動控制能力的提升

人形機器人有更強的柔性化水平,更好的環境感知能力和判斷能力,首要需要解決的問題是如何實現像人一樣去運動,能夠兼顧可靠性

特斯拉機器人軀干共有28個關節

28個執行器分別為肩關節(單側三自由度旋轉關節)6個,肘關節(單側直線關節)2個,腕部關節(單側2個直線+1個旋轉)6個,腰部(二自由度旋轉關節)2個

機器人關節電機核心指標是功率密度

無框力矩電機沒有外殼,可以提供更大的設備空 間,中間是中空形式的,便于走線;在設計中,可以使整個機器體積更小,因此可以提供更大的功率密度比

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型伺服驅動器有三種類型,分別為常規伺服驅動器,SEA 伺服驅動器,本體伺服驅動器;主要由力矩電機,諧波減速器,電機編碼器,輸出編碼器,驅動板,制動器組成

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控制系統根據指令及傳感信息,向驅動系統發出指令,控制其完成規定的運動,控制系統主要由控制器(硬件)和控制算法(軟件)組成

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電機驅動控制手段先進,速度反饋容易,絕大部分機器人使用電機驅動;液壓驅動體積小重量輕,是機器人Atlas使用的驅動方案;氣動驅動安全性高,應用于仿生機器人等

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