>> 申萬宏源-機器人行業(yè)深度系列之14：人形機器人硬件不斷演進，新型執(zhí)行器方向值得關(guān)注-231201
| 上傳日期： |
2023/12/3 |
大小： |
2015KB |
| 格式： |
pdf 共34頁 |
來源： |
申萬宏源 |
| 評級： |
推薦 |
作者： |
劉建偉,王珂,李蕾 |
| 下載權(quán)限： |
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關(guān)節(jié)執(zhí)行器是機器人硬件的創(chuàng)新和優(yōu)化迭代的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。關(guān)節(jié)執(zhí)行器是足式機器人實現(xiàn)運動的核心部件，類似于人類的“四肢關(guān)節(jié)”，同時占據(jù)了機器人的大部分重量，其性能不僅直接影響機器人關(guān)節(jié)的輸出能力，也決定了機器人系統(tǒng)的動態(tài)性能上限，因此一直是機器人硬件研究的重點，學(xué)術(shù)界執(zhí)行器研究經(jīng)歷了從剛性驅(qū)動器到彈性驅(qū)動器、再到半直驅(qū)驅(qū)動器的演進過程。
半直驅(qū)執(zhí)行器（QDD）適應(yīng)足式機器人的高動態(tài)響應(yīng)要求，是近年來新興的執(zhí)行器技術(shù)。半直驅(qū)電機（Quasi Direct Drive）簡稱QDD，最早通過MITCheetah四足機器人進入大眾的視線，也稱本體驅(qū)動器（Proprioceptive Actuator）。半直驅(qū)驅(qū)動器的原理和其他執(zhí)行器類似，但結(jié)構(gòu)略有區(qū)別，其核心部件包括：驅(qū)動器、無框力矩電機、行星減速器、位置編碼器、軸承、熱管理等。
半直驅(qū)執(zhí)行器優(yōu)勢在于：一定的扭矩輸出能力+可靠精確的電流環(huán)力反饋能力+高動態(tài)力控響應(yīng)能力。半直驅(qū)電機特點包括：1）低減速比減速器，使轉(zhuǎn)動慣量盡可能地小，力和扭矩更可控，驅(qū)動器可以承受更高的沖擊并允許高度動態(tài)的行為；2）電流環(huán)力反饋：由于減速比小，因此直接使用電機的電流環(huán)和相應(yīng)的減速比，就能得到驅(qū)動器端的輸出扭矩，節(jié)省了力傳感器的成本；3）電機扭矩大，直徑大，軸向長度低，從而實現(xiàn)一定的負載能力；4）外轉(zhuǎn)子+內(nèi)嵌式減速機，充分利用軸向空間，形成緊湊的扁平機構(gòu)。
半直驅(qū)執(zhí)行器的應(yīng)用從四足機器人延伸至人形機器人。四足機器人要求有較強的運動能力、高頻動態(tài)響應(yīng)能力、精確力反饋能力和低成本實現(xiàn)能力，半直驅(qū)電機最滿足要求，因此成為四足機器人的主流方案，在MITCheetah、宇樹科技、小米CyberDog等四足機器人上廣泛使用。人形機器人已發(fā)展至實際應(yīng)用階段，降低重量、提高輸出能力、改善動態(tài)性能成為研究重點，執(zhí)行器向更大扭矩密度和功率密度方向迭代，UCLA的RoMeLa實驗室在成人行機器人ARTEMIS和小型機器人Bruce上應(yīng)用，機器人均展現(xiàn)出極強的運動能力。
建議關(guān)注電機、減速機和熱管理三個方向。半直驅(qū)執(zhí)行器相比傳統(tǒng)執(zhí)行器在動態(tài)響應(yīng)能力改善明顯，未來有望成為人形機器人的主流技術(shù)路線之一。若未來人形機器人實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)鏈中具有相關(guān)核心技術(shù)的公司將率先受益。建議關(guān)注三個方向：1）無框電機：在低減速比前提下，電機成為輸出扭矩的核心部件，技術(shù)難度和價值量提升，相關(guān)標(biāo)的：步科股份、江蘇雷利、匯川技術(shù)、禾川科技、臥龍電驅(qū)、偉創(chuàng)電氣、雷賽智能；2）減速機：QDD執(zhí)行器邊際變化主要在于減速器，采用低減速比的行星減速器或其變種結(jié)構(gòu)，相關(guān)標(biāo)的：雙環(huán)傳動、中大力德、國茂股份、精鍛科技；3）熱管理：QDD散熱提高，熱管理重要性提升，相關(guān)標(biāo)的：三花智控、銀輪股份。
風(fēng)險提示：人形機器人商業(yè)化進程不及預(yù)期、執(zhí)行器迭代不及預(yù)期、宏觀經(jīng)濟波動、制造業(yè)投資不及預(yù)期。
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