簡單三步，打造出色的人形機(jī)器人
發(fā)布時(shí)間：2024-01-18 作者：Kollmorgen科爾摩根
隨著科技的不斷進(jìn)步，機(jī)器人逐步能夠?qū)崿F(xiàn)更多復(fù)雜的任務(wù)和功能。同時(shí)，人們對(duì)于服務(wù)型機(jī)器人的需求也逐漸增加，以及人口老齡化和勞動(dòng)力短缺等問題也促使人們尋求新的解決方案。因此人形機(jī)器人從科幻逐步走向現(xiàn)實(shí)，并快速成為一個(gè)極具市場發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域。
為了抓住這一應(yīng)用機(jī)遇，眾多企業(yè)先后投入到人形機(jī)器人的研發(fā)設(shè)計(jì)中。人形機(jī)器人的作用在于其能像人類一樣平穩(wěn)、精確和靈活地行動(dòng)，甚至需要比人類更強(qiáng)、更快、更好。科爾摩根認(rèn)為電機(jī)和執(zhí)行器的設(shè)計(jì)應(yīng)針對(duì)機(jī)器人的需要，而不是借鑒無人機(jī)或其他非機(jī)器人應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)控制要求。因此需要通過三個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)出色的人形機(jī)器人的設(shè)計(jì)和開發(fā)。
STEP 01
第一步：理清關(guān)鍵應(yīng)用挑戰(zhàn)
人形機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用中除了需要提舉不同重量的動(dòng)態(tài)負(fù)載的同時(shí)，還需支撐并移動(dòng)自身的重量。為了使人形機(jī)器人能自由移動(dòng)，操控環(huán)境，執(zhí)行類似人類執(zhí)行的復(fù)雜任務(wù)，其需要進(jìn)行多軸設(shè)計(jì)。一臺(tái)人形機(jī)器人往往會(huì)包含30-40個(gè)軸或更多。然而，每個(gè)軸都會(huì)增加機(jī)器人的重量和體積，同時(shí)消耗能量，從而對(duì)機(jī)器人的使用壽命造成不利影響。因此，要設(shè)計(jì)新一代成功的人形機(jī)器人，需要：
1 盡量減小尺寸和重量以降低功耗，延長電池壽命
2 盡量提高轉(zhuǎn)矩密度，使機(jī)器人在承受自身重量的同時(shí)，仍能操縱巨大的外部動(dòng)態(tài)負(fù)載
這兩個(gè)要求密切相關(guān)，必須在同一臺(tái)電機(jī)上同時(shí)得到解決。
STEP 02
第二步：解析電機(jī)應(yīng)用要求
人形機(jī)器人的關(guān)節(jié)不能像協(xié)作機(jī)器人那樣在相對(duì)狹窄的速度范圍內(nèi)工作。在不可預(yù)知的環(huán)境中航行和工作時(shí)，每個(gè)人形機(jī)器人關(guān)節(jié)都必須能夠在平衡、精確和有力的連續(xù)運(yùn)動(dòng)中非?？焖俚貓?zhí)行雙向加速。因此電機(jī)的尺寸、重量和轉(zhuǎn)矩是人形機(jī)器人關(guān)節(jié)的關(guān)鍵規(guī)格。
● 高性能低重量
鑒于這些要求，在選擇電機(jī)時(shí)，傳統(tǒng)的電機(jī)性能衡量指標(biāo)（如連續(xù)轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速）作用并不大。相反，相關(guān)基準(zhǔn)應(yīng)以電機(jī)常數(shù)Km為依據(jù)。在比較類似尺寸的電機(jī)時(shí)，Km基本上是衡量電機(jī)效率的一個(gè)指標(biāo)，可為選擇能提供所需性能的最輕電機(jī)提供有用數(shù)據(jù)。高效電機(jī)可在運(yùn)行時(shí)將溫升降至最低，這有助于確保電機(jī)和熱敏元件在機(jī)器人關(guān)節(jié)的狹小空間內(nèi)發(fā)揮可靠性能。
● 大功率小尺寸
要在輕型緊湊的機(jī)器人關(guān)節(jié)中優(yōu)化轉(zhuǎn)矩，另一種方法是使用符合D2L規(guī)則的電機(jī)。通過D2L規(guī)則，只需增加電機(jī)直徑，就能制造出更大功率的關(guān)節(jié)，同時(shí)將最重要的關(guān)節(jié)寬度保持在盡可能小的范圍內(nèi)。
STEP 03
第三步：選擇合適的產(chǎn)品方案
了解了人形機(jī)器人設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)與電機(jī)需求，電機(jī)的選擇就變得簡單明了：專門針對(duì)機(jī)器人的尺寸、重量和性能要求設(shè)計(jì)的伺服電機(jī)，有助于工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和制造出功能更強(qiáng)、更暢銷的人形機(jī)器人?？茽柲Ω腡BM2G系列無框伺服電機(jī)就是為人形機(jī)器人量身定制的電機(jī)的典型代表。
● 靈活適配
TBM2G電機(jī)有七種框架尺寸可供選擇，每種尺寸都可圍繞三種不同的磁鋼長度進(jìn)行優(yōu)化。與通常只有三到五種框架尺寸的同類電機(jī)相比，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢。憑借如此多的選擇，用戶可根據(jù)機(jī)器人的預(yù)期用途來指定TBM2G電機(jī)，以在每臺(tái)機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)上實(shí)現(xiàn)尺寸/重量和轉(zhuǎn)矩的理想平衡。
● 輕盈緊湊
當(dāng)人形機(jī)器人有多個(gè)關(guān)節(jié)時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)的重量和尺寸節(jié)省可以使機(jī)器人整體更輕，從而降低支撐和移動(dòng)自身重量所需的能量。結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、尺寸合適的TBM2G電機(jī)是實(shí)現(xiàn)這一工程目標(biāo)的理想選擇。同時(shí)，TBM2G采用了先進(jìn)的材料，并且可以選擇多種繞組，以幫助工程師實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的機(jī)電一體化解決方案，滿足人形機(jī)器人關(guān)節(jié)對(duì)速度和轉(zhuǎn)矩的要求。
TBM2G電機(jī)在人形機(jī)器人應(yīng)用中具有如下優(yōu)勢：
● 兼具小尺寸大持續(xù)轉(zhuǎn)矩，并可以一致的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)快速加速
● 可靠的響應(yīng)度和精確度，在低壓供電應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)超高效率
● 低溫升，延長關(guān)節(jié)部件壽命；大內(nèi)徑通孔，優(yōu)化關(guān)節(jié)內(nèi)部布局
簡單三步，快速完成人形機(jī)器人的應(yīng)用分析與方案設(shè)計(jì)，即刻與科爾摩根攜手打造人形機(jī)器人的未來。