>> 招商證券-機器人行業(yè)系列報告(九)-準直驅(qū)執(zhí)行器深度：人形機器人執(zhí)行器技術的前沿-240206
| 上傳日期： |
2024/2/7 |
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| 2902KB |
| 格式： |
pdf 共34頁 |
來源： |
招商證券 |
| 評級： |
增持 |
作者： |
胡小禹,史晉星,吳洋 |
| 下載權限： |
此報告為加密報告，僅限高級會員查看 |
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本篇報告系統(tǒng)性地梳理了人形機器人關節(jié)技術中較為前沿的準直驅(qū)執(zhí)行器技術。準直驅(qū)執(zhí)行器是不依賴力/力矩傳感器，僅依靠電流環(huán)開環(huán)力控，就可以感知機器人和外界的交互力的一種執(zhí)行器。其低成本、高響應的特點有望在未來人形機器人執(zhí)行器方案中占有一席之地。在人形機器人賽道的發(fā)展過程中，準直驅(qū)執(zhí)行器及其核心零部件具備極大的發(fā)展?jié)摿Γo予行業(yè)“推薦”評級。
準直驅(qū)執(zhí)行器是不依賴力/力矩傳感器，僅依靠電流環(huán)開環(huán)力控，就可以感知機器人和外界的交互力的一種執(zhí)行器。人形機器人執(zhí)行器的研究已有30多年的歷史。經(jīng)歷了剛性執(zhí)行器、彈性執(zhí)行器和準直驅(qū)執(zhí)行器三大階段。準直驅(qū)執(zhí)行器由高扭矩密度電機、低傳動比減速器和編碼器等構成，主要優(yōu)勢是結(jié)構簡單、成本低、透明度高、慣性小、帶寬高。
準直驅(qū)執(zhí)行器的核心部件包括電機、減速器、軸承、控制器和編碼器。1）電機：準直驅(qū)執(zhí)行器所用電機需要非常大的扭矩密度與扭矩慣性比，常用無刷直流電機。2）減速器與軸承：在物理原理上，準直驅(qū)執(zhí)行器使用低減速比減速器的原因是其透明度高，使電流環(huán)控制的實現(xiàn)成為可能，行星減速器和擺線針輪減速器是準直驅(qū)執(zhí)行器常用減速器。3）控制器：控制器的核心硬件是控制芯片，常用芯片包括MCU、FPGA、DSP三種。4）編碼器：雙編碼器方案解決了回零位問題，更適合準直驅(qū)執(zhí)行器。
準直驅(qū)技術取得了更低的成本、更快的響應速度，舍棄了一定精度與更高扭矩。由于準直驅(qū)執(zhí)行器減速器成本更低以及節(jié)約了大量力/力矩傳感器成本，所以準直驅(qū)執(zhí)行器比剛性、彈性執(zhí)行器成本低。準直驅(qū)執(zhí)行器采用電流環(huán)力控，力控精度低于剛性執(zhí)行器，但高于彈性執(zhí)行器，存在2%-5%的誤差。準直驅(qū)執(zhí)行器使用小減速比減速器，扭矩放大作用小，因此舍棄了更高的扭矩。準直驅(qū)執(zhí)行器低減速比、摩擦小、慣性小的特點有利于提高執(zhí)行器的控制帶寬，從而提升執(zhí)行器的響應速度。
準直驅(qū)技術的發(fā)展方向：更高的扭矩密度和更高的帶寬。1）材料：使用以鐵鈷合金為代表的高飽和磁通密度合金材料可以提高電機扭矩密度。PEEK、連鑄球鐵等輕量化材料有助于提高執(zhí)行器扭矩密度。2）設計：增加電機間隙半徑，如外轉(zhuǎn)子電機方案，可以增加扭矩密度。相比徑向磁通電機，軸向磁通電機的扭矩密度大、扭矩體積比大。磁場調(diào)制型永磁電機扭矩密度大于普通電機。3）熱管理：準直驅(qū)執(zhí)行器輸出大扭矩時，會產(chǎn)生大量焦耳熱，需要高效的散熱系統(tǒng)。風冷散熱系統(tǒng)成本低、可靠性高、工藝簡單、安裝方便，缺點是噪聲大。液冷系統(tǒng)散熱效率高、噪聲小，缺點是質(zhì)量大。4）提高帶寬：提高電流環(huán)響應的速度、采用計算速度更快的控制器、改進PID、滑?？刂频冗\動控制算法。
準直驅(qū)技術案例與相關公司：MITCheetah、宇樹科技、智元Powerflow準直驅(qū)執(zhí)行器、雙環(huán)傳動/環(huán)動科技（汽車組）、三花智控（家電組）、銀輪股份（汽車組）、中大力德、禾川科技（通信組）、本末科技（未上市）。
風險提示：人形機器人商業(yè)化進展不及預期、關節(jié)執(zhí)行器技術迭代風險、行業(yè)競爭加劇風險
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