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机器人需要模仿人类的运动,因此对关节模组的灵活性、力矩输出、精度、重量和体积等方面都有较高要求,以下是一些适合人形机器人的关节模组类型:
伺服电机关节模组
原理:伺服电机是一种可以精确控制角度和速度的电机,通过编码器反馈位置信息,实现闭环控制。
优势:具有较高的控制精度,能够实现精确的位置和速度控制,响应速度快,可以快速地启动、停止和改变运动状态,满足人形机器人快速灵活运动的需求,同时输出力矩范围较广,可以根据不同关节的需求进行选择。
应用场景:常用于对运动精度要求较高的关节,如机器人的手臂关节,可实现精细的抓握和操作动作;也可用于腿部关节,以精确控制行走和奔跑时的步伐和姿态。
谐波减速机关节模组
原理:谐波减速机由刚轮、柔轮和波发生器组成,通过波发生器使柔轮产生弹性变形,与刚轮相互作用实现减速传动。
优势:具有高减速比、高精度、大扭矩和紧凑的结构等特点。其减速比可以达到几十甚至几百,能够将伺服电机的高转速转化为低转速、大扭矩输出,同时保证运动的精度和稳定性。
应用场景:广泛应用于人形机器人的各个关节,特别是对空间有限但又需要大扭矩输出的关节,如髋关节、膝关节等,可有效支撑机器人的身体重量并实现稳定的行走和各种复杂动作。
行星减速机关节模组
原理:行星减速机由多个行星齿轮围绕中心齿轮旋转,通过齿轮之间的啮合实现减速和扭矩放大。
优势:具有高承载能力、高效率和较长的使用寿命等优点。能够承受较大的负载,适用于需要传递较大动力的关节部位,并且在传递动力过程中能量损失较小,提高了机器人的能源利用效率。
应用场景:常用于人形机器人的腰部、肩部等关节,这些部位需要支撑和带动较大的肢体部分运动,需要关节模组具备较高的承载能力和稳定性。
一体化关节模组
原理:将伺服电机、减速机、编码器、控制器等集成在一个紧凑的模块中,实现关节的驱动、控制和反馈功能。
优势:结构紧凑,体积小,重量轻,减少了系统的复杂性和装配难度,同时提高了系统的集成度和可靠性。内部各部件之间的匹配和优化设计,使得关节模组具有更好的性能表现,如更高的精度、更快的响应速度和更强的抗干扰能力。
应用场景:适用于对空间和重量要求苛刻的人形机器人,如小型人形机器人或需要进行复杂动作的关节部位,能够在有限的空间内实现高效的运动控制。
力矩电机关节模组
原理:力矩电机是一种可以直接输出大扭矩的电机,无需经过减速机等中间传动环节,能够实现低速大扭矩运行。
优势:具有响应速度快、过载能力强和控制精度高等特点。由于没有中间传动部件,消除了传动间隙和磨损带来的误差,提高了系统的精度和可靠性,并且能够快速响应外部负载的变化,实时调整输出力矩。
应用场景:适用于人形机器人需要快速调整力矩的关节,如在进行抓取物体时,手部关节需要根据物体的重量和形状实时调整抓取力,力矩电机关节模组可以很好地满足这一需求。