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驅動器內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]

相比驅動器外置,驅動器內置式靈巧手各關節具有較好的剛性,更利于傳感器的直接測量, 且模塊化設計利于更換維護。但是驅動器的內置分布讓通信和控制難度加大,手指尺寸及 靈巧手整手尺寸較大,關節靈活度下降。

驅動器內置式靈巧手典型代表產品包括德國宇航中心(DLR)于 2011 研制的面向空間應用 的多指靈巧手 Dexhand,以及哈爾濱工業大學和 DLR 公司研制的 DLR/HIT II。

德國宇航中心研制的 DLR/HIT II 靈巧手為了應對復雜的空間環境,將驅動器及電氣 系統都集中在手掌內,并通過 2mm 厚的鋁質外殼來屏蔽電磁干擾,降低溫度影響。

DLR/HIT II 靈巧手尺寸為人手的 1.5-2 倍,具有 1 個獨立的手掌和 5 根模塊化手指, 每根手指集驅動、傳感、控制等為一體。其中,拇指與手掌之間有一個類似人手的外 張/收斂自由度,可以通過配置拇指的位置來滿足不同的抓取要求。



  



驅動器外置型機器人靈巧手特點

靈巧手的外觀設計更加擬人化,手指本體更加纖細;可以采用更大的驅動電機,從而增大手指的輸出力;驅動器與手本體之間距離遠增加了控制器設計的難度

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

腿足式機器人伺服驅動器方案-三種伺服驅動器

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

控制系統:智能機器人的神經系統

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

智能服務機器人三種驅動系統優缺點比較

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

智能服務機器人的動力裝置-驅動系統

根據能量轉換方式的不同,機器人的驅動方式可分為電機驅動、液壓驅動、氣動驅動等;現有的絕大多數人形機器人采用電機驅動

仿人形機器人核心零部件:零部件數量更多,質量要求更高

仿人形機器人既需要極強的運動控制能力,其核心 構成包括驅動裝置(伺服系統+減速器),控制裝置(控制器)和各類傳感器,數量和質量要求可能更高
 
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