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时间：2023-09-21

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人形机器人：全新市场带来新增量

人形机器人运动离不开驱动器，目前驱动器方案可以分为刚性驱动、弹性驱动和准直驱。双足人形机器人关节运动特点和人类关节运动类似，运动速度较快、机动性较好，因此相比其他驱动器，人形机器人驱动器需要具有高功率密度、高响应性、高能量利用效率和耐冲击性等特性。参考丁宏钰等的《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》，目前人形机器人电动驱动器方案可以分为三类：

1）刚性驱动：1983 年，早稻田大学研究的 WL－10R 机器人使用刚性驱动器 TSA。自此双足人形机器人开始广泛应用刚性驱动器为关节动力源。刚性驱动器主要由电机、高传动比减速器、编码器、力矩传感器和控制板等组成（力矩传感器是可选择项）。相比其他方案，刚性驱动较为成熟，但能量效率相对较低一些。

2）弹性驱动：1995 年，麻省理工学院的 Pratt 等提出了弹性驱动器 SEA( series elastic actuator) 的概念。美国宇航局的机器人 Valkyrie 和意大利技术研究院的机器人 WalkMan 都使用了弹性驱动器。弹性驱动器通过增加弹性单元来模拟肌肉系统功能，可以缓冲外部冲击和储能，使关节表现出柔顺、安全和高能量效率特性。但由于弹性元件引入，系统变为欠驱动系统，因此运动控制精度较低。

3）准直驱驱动：2016 提出了准直驱方案，准直驱驱动器含义是依靠驱动器电机开环力控，不依赖于附加力或力矩传感器，就可以本体感知机器人脚部和外界的交互力，也被称为本体驱动器。一般方案是采用电机加低传动比减速器的方案，同时要求负载质量和转动惯量尽可能地小，这样可以实现高带宽力控和良好的抗冲击能力。准直驱驱动器主要由高扭矩密度电机、低传动比减速器、编码器和控制板等组成。相比其他方案，运动控制系统较为复杂。

我们认为特斯拉人形机器人在方案方面偏好刚性驱动方案，其一体化关节（旋转关节）类似协作机器人设计，无框力矩电机是**，利用高转速电机+高减速比减速器实现快速响应。以协作机器人为例，一体化机器人关节主要由扭矩传感器、谐波减速机、力矩电机、制动器、增量编码器、值编码器和伺服驱动器组成。根据金力等《驱控一体化机器人关节的研制及应用》，一体化机器人关节采用无框力矩电机，电机定子与关节壳体之间一般通过耐高温树脂胶粘接或过盈配合连接。电机转子与电机轴之间一般通过树脂胶粘接。无框力矩电机的大直径长度比和多磁**对保证了电机的大扭矩输出性能和低转速特性，其转子中空结构，方便关节的内部走线。

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