電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李彎彎）人形機(jī)器人關(guān)節(jié)模組是其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件，決定了機(jī)器人的靈活性、精度、負(fù)載能力和動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。關(guān)節(jié)模組主要位于人形機(jī)器人的頸部、肘部、腕部、腰部、髖部、膝部、踝部等位置，用來(lái)控制機(jī)器人模仿人類頭部、手臂、腿部等的旋轉(zhuǎn)、俯仰、彎曲、伸展、擺動(dòng)等動(dòng)作。

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)模組主要有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模組和線性關(guān)節(jié)模組，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模組又主要由伺服驅(qū)動(dòng)、力矩電機(jī)、減速器、力矩傳感器、編碼器、軸承組成；線性關(guān)機(jī)模組主要由伺服驅(qū)動(dòng)、力矩電機(jī)、絲杠、力矩傳感器、編碼器和軸承組成。另外還有靈巧手，主要由空心杯電機(jī)、傳動(dòng)裝置、傳感器（力矩傳感器、觸覺(jué)傳感器）、編碼器、微型軸承等組成。

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)模組的關(guān)鍵技術(shù)

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)模組的關(guān)鍵技術(shù)涵蓋高扭矩密度電機(jī)設(shè)計(jì)、精密傳動(dòng)技術(shù)、傳感器融合、驅(qū)傳感控一體化等方面，這些技術(shù)共同決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能、負(fù)載能力、精度和可靠性。

高扭矩密度電機(jī)設(shè)計(jì)，如無(wú)框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)。無(wú)框力矩電機(jī)憑借高扭矩密度、緊湊結(jié)構(gòu)和良好散熱性，成為機(jī)器人關(guān)節(jié)的主流動(dòng)力源。其設(shè)計(jì)優(yōu)化了磁場(chǎng)強(qiáng)度和繞組結(jié)構(gòu)，能夠在有限空間內(nèi)輸出強(qiáng)大扭矩，同時(shí)降低能耗和發(fā)熱，滿足機(jī)器人關(guān)節(jié)高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的需求。

空心杯電機(jī)在靈巧手等末端執(zhí)行部件中，憑借體積小、響應(yīng)快、功率密度高的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了手指關(guān)節(jié)的靈活驅(qū)動(dòng)。其無(wú)鐵芯結(jié)構(gòu)消除了渦流損耗，進(jìn)一步提升了效率與響應(yīng)速度。

精密傳動(dòng)技術(shù)，包括諧波減速器、行星減速器、行星滾柱絲杠等。諧波減速器通過(guò)柔輪與剛輪的嚙合實(shí)現(xiàn)高減速比傳動(dòng)，具有體積小、傳動(dòng)比大、精度高的優(yōu)勢(shì)，適用于手臂、腰部等需要靈活運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)。其傳動(dòng)效率可達(dá)90%以上，且背隙小，保證了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。

行星減速器采用多齒輪嚙合結(jié)構(gòu)，具備高剛性、高扭矩承載能力，適用于腿足部等需要承受較大沖擊的關(guān)節(jié)。其模塊化設(shè)計(jì)便于維護(hù)，且成本相對(duì)較低。

行星滾柱絲杠作為線性執(zhí)行器的核心部件，通過(guò)多滾柱與絲杠的滾動(dòng)接觸實(shí)現(xiàn)高承載、長(zhǎng)壽命的直線運(yùn)動(dòng)。其承載能力是滾珠絲杠的3倍以上，且壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，適用于重載工況下的關(guān)節(jié)模組。

傳感器融合技術(shù)，包括力矩傳感器、編碼器、觸覺(jué)傳感器等，一維力矩傳感器用于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的扭矩監(jiān)測(cè)，六維力矩傳感器則安裝在手腕和腳踝，實(shí)現(xiàn)多向力和力矩的精確測(cè)量。這些傳感器為機(jī)器人的力控操作提供了實(shí)時(shí)反饋，確保了抓取、操作等任務(wù)的穩(wěn)定性。

編碼器提供高精度位置反饋，支持關(guān)節(jié)模組的閉環(huán)控制。高分辨率磁編碼器通過(guò)磁場(chǎng)變化實(shí)現(xiàn)位置檢測(cè)，分辨率可達(dá)微米級(jí)，顯著提升了運(yùn)動(dòng)控制的精度。

觸覺(jué)傳感器集成于靈巧手，能夠識(shí)別抓握物體的材質(zhì)、紋理及受力分布。其高靈敏度和快速響應(yīng)特性，使機(jī)器人能夠完成復(fù)雜的手部操作任務(wù)。

驅(qū)傳感控一體化技術(shù)，也就是集成化設(shè)計(jì)，將電機(jī)、減速器、編碼器、驅(qū)動(dòng)器等部件高度集成，形成緊湊的模塊化結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了機(jī)器人的裝配流程，提升了系統(tǒng)的可靠性和維護(hù)性。還有實(shí)時(shí)控制與通信，通過(guò)EtherCAT、CANopen等通信協(xié)議，關(guān)節(jié)模組實(shí)現(xiàn)了與主控系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)交互。實(shí)時(shí)位置、速度、電流等數(shù)據(jù)的反饋，支持了機(jī)器人復(fù)雜運(yùn)動(dòng)任務(wù)的精確執(zhí)行。

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)模組及上游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)

人形機(jī)器人人關(guān)節(jié)模組企業(yè)有很多，包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模組、線性關(guān)節(jié)模組，如泰科機(jī)器人、同川精密、零差云控、紐格爾、宇智動(dòng)力、睿研智控、眾擎機(jī)器人等。

泰科機(jī)器人是一家自主研發(fā)生產(chǎn)機(jī)器人關(guān)節(jié)模組、協(xié)作機(jī)器人、伺服驅(qū)動(dòng)器等機(jī)器人部件的企業(yè)，如HJR系列帶力控旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模組，專為人形機(jī)器人應(yīng)用研發(fā)，提供定制化服務(wù)，集行星滾柱絲杠、電機(jī)、編碼器、拉壓力傳感器于體，具有強(qiáng)大推力，性能強(qiáng)勁，穩(wěn)定可靠；精巧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體輕量化程度進(jìn)一步提升；多種規(guī)格，快速組裝人形機(jī)器人，大幅縮短開發(fā)周期。最大推力可以達(dá)到8000N，最大速度400mm/s，最大行程96mm，自重輕至0.5kg。

同川精密從事機(jī)器人及智能裝備核心部件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。近日在某機(jī)器人展上，該公司就展出了其機(jī)器人關(guān)節(jié)模組，同川精密表示，其機(jī)器人關(guān)節(jié)模組具有高開放度，支持EtherCAT通訊協(xié)議；高硬件適配性，采用雙磁性編碼器、配置制動(dòng)器；全閉環(huán)控制，可提供高精度的傳動(dòng)表現(xiàn)、及超強(qiáng)的抗過(guò)載能力等特性。公司全系列機(jī)器人關(guān)節(jié)模組可用于頸部旋轉(zhuǎn)、俯仰，肩部三個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，肘部旋轉(zhuǎn)，腕部旋轉(zhuǎn)。

零差云控表示，一款機(jī)器人可以使用到26個(gè)公司的eRob系列關(guān)節(jié)模組，eRob系列關(guān)節(jié)模組內(nèi)含扭矩傳感器、輸出端多圈絕對(duì)值編碼器、精密諧波減速機(jī)、無(wú)框力矩電機(jī)、摩擦式制動(dòng)保持器、電機(jī)端絕對(duì)值編碼器、直流驅(qū)動(dòng)器，支持EtherCAT、CANopen、Modbus等多種通信協(xié)議，體積小、高度低。其最新升級(jí)的直筒I型機(jī)器人關(guān)節(jié)eRob 90I V6長(zhǎng)度縮短23mm，重量減少244g,增速起動(dòng)扭矩降低2.94Nm，相同工況下連續(xù)運(yùn)行3小時(shí)溫升降低近10℃。

其上游伺服驅(qū)動(dòng)、力矩電機(jī)、減速器、力矩傳感器、編碼器、空心杯電機(jī)、觸覺(jué)傳感器等企業(yè)有哪些呢？如伺服驅(qū)動(dòng)企業(yè)有峰昭科技、雷賽智能、英威騰、固高科技、泰科機(jī)器人、研控自動(dòng)化、高創(chuàng)傳動(dòng)、華成工控、橫川機(jī)器人、拓邦股份、德昌電機(jī)、匯川技術(shù)、泰格運(yùn)控；力矩電機(jī)企業(yè)有雷賽智能、大族電機(jī)、小象電動(dòng)、泰科機(jī)器人、步科電器、零差云控、匯川技術(shù)；減速器企業(yè)有科盟創(chuàng)新、杉川諧波、同川精密、德鎂精密、西格傳動(dòng)；

力矩傳感器企業(yè)有耐特恩、海伯森、宇宏敏芯、鑫精誠(chéng)、安培龍、華力創(chuàng)、力準(zhǔn)傳感、科普瑞、藍(lán)點(diǎn)觸控；編碼器企業(yè)有睿研智能、步科電氣、零差云控、兆威機(jī)電、匯川技術(shù)、原相科技；空心杯電機(jī)企業(yè)有雷賽智能、鳴志電器、兆威機(jī)電、五顆星馬達(dá)、唯川科技、金源機(jī)電、拓邦股份、雙環(huán)全新、鑫寶達(dá)、萬(wàn)至達(dá)電機(jī)；觸覺(jué)傳感器企業(yè)有帕西尼、鈦深科技、越疆科技、松果體、墨現(xiàn)科技、力感科技、紐迪瑞等。

人形機(jī)器人用到多種力傳感器，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)力控、平衡穩(wěn)定和安全防護(hù)等功能，如多維力傳感器、扭矩傳感器。宇宏敏芯近日在某機(jī)器人展會(huì)上展出了多款六維力傳感器產(chǎn)品，如YHD75-200-5L，該多維力傳感器用于力和力矩的測(cè)量主要面向于機(jī)器人應(yīng)用、高等教學(xué)領(lǐng)域等，傳感器內(nèi)置高精度信號(hào)采集通訊模塊可以實(shí)現(xiàn)RS485/RS232/ETHERCAT等數(shù)字信號(hào)或模擬量輸出。檢測(cè)力在空間作用的全部信息，其測(cè)量精度高、反應(yīng)靈敏、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、抗沖擊性強(qiáng)、適用廣泛，且響應(yīng)速度快。

其YHD60-150扭矩傳感器主要面向于機(jī)器人應(yīng)用、高等教學(xué)領(lǐng)域等。有多種量程可供用戶選擇，傳感器內(nèi)置信號(hào)采集通訊模塊。該扭矩傳感器有高剛性和抗過(guò)載能力，且零點(diǎn)漂移小、抗彎矩能力強(qiáng)、正反對(duì)稱性好、受徑向力影響小、靈敏度高，且安裝簡(jiǎn)單，特別適用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的扭矩測(cè)量。

鑫精誠(chéng)可以為人形機(jī)器人各個(gè)部位提供各種傳感器，如靈巧手用單維微型壓力傳感器、微型六維力傳感，手腕、腳踝用六維傳感器，各關(guān)節(jié)用扭力傳感器。鑫精誠(chéng)也是國(guó)內(nèi)最早關(guān)注病研發(fā)六維力傳感器的企業(yè)之一，可以提供世界最小應(yīng)變式六維力傳感器（直徑僅9.5mm),在國(guó)內(nèi)可以提供原理最全的六維力傳感器，包括電阻應(yīng)變式、石英壓電式、MEMS等。

寫在最后

人形機(jī)器人關(guān)節(jié)模組是連接機(jī)器人各部分、驅(qū)動(dòng)和控制動(dòng)作的關(guān)鍵組件，其組成結(jié)構(gòu)因關(guān)節(jié)類型不同而有所差異。旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模組是讓人形機(jī)器人關(guān)節(jié)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，線性關(guān)節(jié)模組將電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為伸縮式直線運(yùn)動(dòng)。人形機(jī)器人各關(guān)節(jié)的靈活性如何，離不開內(nèi)部電機(jī)、傳感器等各個(gè)部件的共同作用。

因此可以看到，人形機(jī)器人關(guān)節(jié)模組上游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)都在積極推進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)新，來(lái)共同促進(jìn)人形機(jī)器人技術(shù)升級(jí)，比如說(shuō)靈巧手，除了電機(jī)的不斷優(yōu)化來(lái)使其手指關(guān)節(jié)更靈活，相關(guān)企業(yè)也在積極設(shè)計(jì)更適合的觸覺(jué)傳感器來(lái)提升靈巧手的觸感能力，來(lái)提升靈巧手的精細(xì)作業(yè)能力。