
一、主流驱动器
1. 刚性驱动器
· 技术特点:高扭矩、高精度、响应快,控制简单。
· 典型方案:高传动比减速器(如谐波减速器)+ 力矩传感器。
· 适用场景:对精度和刚性要求极高的场景。
2. 弹性驱动器
· 技术特点:引入弹性元件,提升柔顺性与安全性,可缓冲冲击。
· 典型方案:在刚性驱动器基础上串联或并联弹性体。
· 适用场景:与环境有频繁、不确定交互的场景。波士顿动力的早期Atlas机器人(液压驱动)也体现了类似的柔顺思想。
3. 准直驱驱动器
· 技术特点:采用低减速比减速器,实现高带宽力控和良好抗冲击性,结构紧凑,成本较低。
· 典型方案:高扭矩密度电机 + 低传动比减速器(如行星减速器)+ 电流环力控。
· 适用场景:平衡性能与成本的理想选择,是目前的主流发展方向。
二、核心部件
· 电机
· 无框力矩电机:主流选择,省略外壳,扭矩密度高,易于集成到关节模块中。
· 空心杯电机:常用于灵巧手,转子无铁芯,响应极快、效率高,但输出扭矩较小。
· 轴向磁通电机:前沿方向,采用盘式结构,具有更高的扭矩密度和效率,是未来的重要趋势。
· 减速器
· 谐波减速器:体积小、精度高,广泛用于腕部、小臂等高精度关节。
· 行星减速器:结构简单、成本低、刚性好,常用于对成本敏感或空间较大的关节。
· RV减速器:高刚性、高扭矩,多用于重型工业机器人的基座等大负载部位。
· 传感器
· 六维力传感器:高端人形机器人的“标配”,可精确测量三维力与力矩,是实现精细力控的关键。随着技术进步,其成本正在迅速下降。
· 电流环传感器:通过测量电机电流间接估算力矩,成本低,是准直驱方案中的重要组成部分。
三、前沿趋势与发展方向
1. 软体机器人驱动器:采用形状记忆合金、气动肌肉等柔性材料。其核心挑战在于难以精确建模与控制,目前的研究前沿是利用仿生学习控制框架来应对环境变化。
2. 灵巧手集成方案:作为机器人的操作终端,集成了多种技术,如无刷电机+滚珠丝杠的直线驱动方案,以实现高推力和长寿命。领先企业通过自研微型减速器和采用PEEK等新型工程塑料,在轻量化的同时实现惊人负载。
3. 智能化的计算架构:驱动器的“大脑”计算架构至关重要。机器人需要多传感器实时融合、确定性的低时延响应和极高的功能安全,对处理器的实时性、能效比和安全机制要求极高。基于Arm等架构的高能效计算平台,正成为机器人规模化应用的重要技术基石。
