人形机器人的核心部件有哪些（电机、变速箱）

第一部分：说明（什么是人形机器人）

进入21世纪以来，人形机器人技术突飞猛进，其中，美国著名机器人公司波士顿动力于2013年7月11日推出双足机器人Atlas，是推动人形机器人技术发展的重要推动力。

波士顿动力公司——Atlas

波士顿动力公司 是一家在机器人领域享有盛誉的美国公司，以其创新和高性能的机器人设计而闻名。

Atlas特点：

特征	描述
高机动性	Atlas 被设计为一种多功能机器人，能够在复杂环境中奔跑、跳跃和执行任务。
先进的平衡系统	它具有出色的平衡能力，即使在不平坦的地面上也能保持稳定。
复杂的手臂和手部力学	使他们能够执行精细的操作任务。
目的	用于救援、处理危险任务（如核电站工作等）。

Atlas 表现出惊人的 机动性 和 平衡 →

特斯拉——擎天柱

擎天柱，又名Tesla Bot，是特斯拉公司正在开发的概念性通用机器人人形机器人，它的目的是“做一切人类不想做的事情”。

Optimus 特点：

特征	描述
社交互动能力	Optimus 专为人机交互而设计，具有面部识别和自然语言处理功能。
人工智能能力	特斯拉出色的芯片和AI切换技术
目的	陪伴、服务机器人

AGIBOT 机器人 – RAISE A1

“RAISE A1”是 阿吉机器人，并拥有完整的人形造型，产品介绍中的“具身智能”也代表着人工智能技术与机器人实体的结合。

AGIBOT特点：

特征	描述
液态金属	液态金属具有可变形、弹性和导电的特性，可使机器人身体部位自由扭曲变形
人机交互	“多模态融合”技术使其能够更好地理解人类的语言和行为
目的	工业制造和家庭服务业

致远RAISE A1新品发布 开启赋能智能新时代 →

机器人技术

• 环境感知：现代人形机器人配备了先进的传感器，例如激光雷达、红外传感器和高分辨率摄像头，使机器人能够更准确地感知周围环境。
• 移动性： 通过先进的动力学算法和复杂的机械设计，现代人形机器人的机动性和灵活性得到了显著提高。
• AI学习能力： 人工智能技术的融入使得人形机器人能够更好地理解和响应人类的指令，甚至做出复杂的决策过程。
• 人机交互： 人形机器人越来越能够与人类进行自然的交流，包括语音识别、面部表情识别以及复杂的非语言交流。
• 能源：进步 电机和电池技术的进步提高了人形机器人的能源效率，并延长了其运行时间。

第二部分：人形机器人的动力核心——电机

在人形机器人的设计中， 线性运动 和 旋转运动 是构成关节运动的两个核心要素，这两个动作的组合构成了人形机器人的大部分运动模式，包括抓握、跳跃、行走、伸直和弯曲等。

1. 线性运动

定义： 线性运动是沿直线路径的运动。在机器人关节设计中，线性运动主要用于伸展、收缩或移动部件，例如机械臂的推拉。
应用： 在人形机器人的腿部，可以使用线性执行器来模拟膝盖伸展和屈曲。

2. 旋转运动

定义： 旋转运动是指绕轴旋转。这是机器人关节最常见的运动形式。
应用： 仿人机器人的肩部、腕部关节通常具有旋转运动，以模仿人的相应动作，工业机器人的关节也常常采用旋转运动，以实现多方向的灵活操作。

机器人使用哪种电机？

这 机器人电机 是机器人关节运动和线性运动的核心动力源。在设计机器人关节的动力部分时，需要考虑几个具体因素，以确保电机能够满足机器人的功能需求。以下是一些关键因素：

特征	描述
扭矩	机器人运动需要较高的失速和启动扭矩
速度	电机的速度范围需要可控
精确控制	机器人电机需要精确的控制和反馈，精度要求非常高
尺寸	关节电机的安装空间决定了其严格的尺寸要求
重量	机器人电机需要尽可能轻
电压	人形机器人采用锂电池供电，一般电压为12V-48V

1. BLDC 电机

BLDC电机是一种采用电磁控制（而非传统的机械方式）来控制电机的动力和换向的高效率、长寿命电机。

优势：

1. 寿命： 无刷电机寿命长，维护成本低
2. 精度和控制： 电子控制单元精确控制电机的转速和扭矩
3. 沉默的： 无刷电机运行噪音极低，适合服务机器人
4. 稳定： 无刷电机技术成熟，选择多，设计简单

2. 无框力矩电机

优势：

1. 高扭矩密度： 无框力矩电机能够在低速时提供高扭矩。
2. 高精度控制： 由于缺少额外的机械传动部件，无框力矩电机可以提供更高的运动控制精度。
3. 尺寸和重量： 无框结构使电机能够更紧凑地集成到机器设计中，节省空间并减轻重量。
4. 低惯性： 直接驱动消除了额外的旋转部件，从而减少了系统的总惯性，使快速启动和停止成为可能。

3.伺服电机

这 伺服电机 是专门设计的 闭环控制 无刷电机主要用于提供 精确控制 实现 精准运动.

优势：

1. 闭环控制： 伺服电机工作在闭环系统中，不断监测电机的实际运动并与预期运动进行比较，实现精确的控制。
2. 信号输入： 控制器向电机发送指令信号，指示其移动到特定位置、以特定速度移动或产生特定扭矩。
3. 反馈： 反馈装置（编码器）提供有关电机实际位置和速度的信息

4. 外转子 BLDC 电机

这 外转子 BLDC 电机 是一种结构特殊的无刷直流（BLDC）电机，其主要特点是转子（旋转部分）位于定子（静止部分）的外侧。

优势：

1. 高扭矩输出： 由于转子直径较大，外转子电机可以提供更大的扭矩。
2. 扁平化设计： 外转子电机适合用于空间有限的应用场合。
3. 低转动惯量： 外转子电机的转动惯量相对较低，因此能够快速加速和减速。
4. 散热： 转子的外部设计有助于更有效地散热，提高电机的效率和寿命。

5.机器人关节电机

这 机器人关节电机 是一种高精度、高能量密度的驱动装置，集成了 变速箱， 一个 编码器，以及 无框力矩电机.

优势：

1. 精确控制： 关节电机可以提供高精度的角度和速度控制。
2. 一体化设计： 关节电机的设计将变速箱、电机、控制集成到一个模块中，大大减轻了电机的重量和尺寸。
3. 高扭矩密度： 关节电机旨在以相对较小的体积提供高扭矩输出。

第三部分：人形机器人的动力传输-变速箱

齿轮结构是仿人机器人的重要部件，主要用于传递和增强机器人关节及运动部件的动力和控制能力。变速箱的主要作用是将电机产生的高速低扭矩输出转化为低速大扭矩输出。

变速箱特点：

• 扭矩增加： 通过降低输出轴的转速来增加扭矩
• 精确控制： 提高机器人关节和运动部件的控制精度，帮助实现更精确的运动。
• 效率： 减少直接作用在电机轴上的负荷，提高电机的使用寿命和效率。
• 空间： 集成变速箱使机器人设计更加紧凑，特别是在空间有限的关节区域。

1.行星齿轮

这 行星齿轮 结构是一种高效的齿轮传动系统，其结构紧凑、扭矩密度高、效率高，广泛应用于人形机器人配件中。

优势：

1. 空间效率： 行星齿轮箱适用于空间受限的人形机器人关节，例如手臂、腿或脚。
2. 精确控制： 高减速比使电机能够精确控制机器人的运动
3. 成本效益： 行星齿轮箱相对便宜

2.行星螺杆

行星滚柱丝杠 是由丝杠（斜轴）、螺母和多个精密滚子组成的高精度机械传动元件。当丝杠旋转时，滚子沿丝杠螺旋槽滚动，带动螺母沿丝杠轴线运动，从而将旋转运动转化为直线运动。

优势：

1. 精确控制： 行星滚柱丝杠提供非常精确的线性运动控制
2. 高负载能力： 行星滚柱丝杠可承受高负载
3. 高刚性和耐用性： 此款螺丝刚性高，耐用性好
4. 流畅的运动： 行星滚柱丝杠提供平稳的运动，有助于减少振动和噪音。

3.谐波齿轮

谐波减速器是一种高精度、高效率的齿轮减速机构，谐波减速器主要由 柔轮，一个 波发生器 和一个 圆形花键当波发生器旋转时，将椭圆形状传递给柔轮，使柔轮产生变形，由于柔轮与刚轮的齿数不同，这种变形使柔轮相对刚轮旋转缓慢，从而产生减速。

优势：

1. 高扭矩密度： 它们以相对较小的尺寸提供高扭矩输出。
2. 效率：谐波减速器传动效率高，能有效地进行能量转换。
3. 低间隙： 几乎没有间隙，这对于需要高重复定位精度的应用至关重要。
4. 低振动和噪音： 谐波减速器运转平稳，振动小，噪音低。

机器人减速器的发展方向

随着机器人技术的进步，人形机器人未来的发展方向一定是商业化，对于人形机器人未来的发展，机器人的减速器要考虑以下几个关键因素。

研发特点	细节
表现	提高精度和扭矩密度，增强耐用性和可靠性。
重量和空间	小型化设计，采用新材料减轻重量并提高性能。
模块化的	开发标准化、模块化的减速器组件，实现跨领域兼容。
成本	通过改进设计、制造工艺和规模化生产来降低成本。