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人形機器人關節競爭分析

1 節理構造與分佈

 

  (1)人體關節分佈

 

自前特斯拉的機器人實現了28個自由度,相當於人體功能的1/10左右。

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這28個自由度主要分佈在上半身和下半身,上半身包括肩部(6個自由度)、手肘(4個自由度)、腕部(2個自由度)和腰部(2個自由度)。

 

下半身包括脊髓關節(2 個自由度)、大腿(2 個自由度)、膝蓋(2 個自由度)、小腿(2 個自由度)和腳踝(2 個自由度)。

 

(2)接頭類型與強度

這28個自由度可分為旋轉關節和線性關節。旋轉關節有14個,依旋轉強度大小可分為三類,最小旋轉關節強度為20Nm,用於手臂;110Nm用於腰部、脊髓、肩部等;180Nm用於腰部及臀部。線性關節有14個,依強度大小可分為直線關節和圓錐關節,最小直線關節強度為500Nm,用於腕部;3900Nm用於小腿;8000Nm用於大腿和膝蓋。

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(3)接頭結構

關節結構包括馬達、減速器、感知器和軸承。
旋轉接頭的用途馬達和諧波減速器,
未來可能會有更多優化的解決方案。
線性關節使用馬達和球或滾珠螺桿作為減速器,以及感測器。

2. 人形機器人關節中的電機

關節採用的電機主要為伺服電機,而非無框架電機。無框架馬達的優勢在於減輕重量,並去除多餘部件,從而實現更大的扭矩。編碼器是馬達閉環控制的關鍵,目前國內外在編碼器精度方面仍有差距。感測器方面,力感測器需要精確感知末端的力,而位置感測器則需要精確感知機器人在三維空間中的位置。

 3.減速機在仿人機器人關節的應用

 

由於先前主要採用諧波減速器,由軟輪和鋼輪之間傳動構成。諧波減速器效率高,但價格昂貴。未來可能會出現行星減速器取代諧波減速器的趨勢,因為行星減速器價格相對便宜,但減速比相對較小。根據實際需求,可能會有一部分採用行星減速器。

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人形機器人關節的競爭主要集中在減速器、馬達和滾珠螺桿。軸承方面,國內外企業的差距主要體現在精度和壽命。減速器方面,行星減速器價格便宜但減速較慢,而滾珠螺桿和滾柱絲槓更適合指關節。電機方面,國內企業在微特馬達領域具備一定的競爭力。


發佈時間:2025年5月19日