机械设备行业人形机器人系列专题(三):链条在人形机器人中的应用

时间:2023-11-27 来源:蓝狮在线注册-蓝狮在线平台-蓝狮登录首页

  高精度的传动控制使得机械传动被广泛应用。传递动力主要有三种基本方式:机械传动、电力传动和流体动力传动(含气压传动及液压传动)。机械传动是通过齿轮、齿条、带、链等机件传递动力和进行控制的,其优点是传动准确可靠、传动效率高,实现回转运动的结构简单,同时可以传递较大扭矩。

  链传动相较于其他传动有其特定优势区间。根据应用场景的不同需求,才能选择出最为适合的机械传动形式。通过对比各类机械传动的特点,我们能够注意到,链传动应用在传动速度低、负载/扭矩大、传动效率要求高、输入输出中心距较远、工作环境恶劣等场景下表现优异。

  人形机器人应用场景天然需求灵活的运动性能。人形机器人的运动性能作为最直观的产品表现,是消费者首要关注的部分。基于此,下游应用场景对于人形机器人产品的设想中,天然包含了“能够做到像人类一样灵活运动”的潜在需求。人形机器人所需要的运动性能应当是力大身轻、能耗小、反应快,其运动核心集中在下半身。一个强大的执行器应当满足以下几个标准:(1)具备高的输出自重比(2)具备低的输出代价(3)具备高的力响应速度。对于人形机器人的下肢传动执行,主要有两大类实现方法,一种是以液压执行器为核心的液压驱动,一种是以电机为核心的电驱动。采用液压驱动能够使得人形机器人的运动性能强劲,但由于其成本居高不下,难以商业化。在液压方案短期内无法克服规模化问题的情况下,后续厂商如特斯拉、小米、优必选等大多转向了稳定性、性价比更高的电机驱动方案。行业内对传动部件选择各异,尚未有链传动确定方案。我们认为,特斯拉Optimus 主要依靠执行器的方案,希望得到的是能够规模化量产、成本可控、结构可靠、低耗能的机器人,因此对于类似波士顿动力Atlas的高动态、高响应速度并非核心诉求。

  链传动凭借特性可适用于高扭矩电机及高运动性能要求场景。作为力矩的根本来源,电机扭矩密度在系统中总是至关重要。在电机扭矩密度不断提升的情况下,链传动等小减速比传动部件的需求将得到拓展。小减速比传动部件一般是行星减速器、带/链传动、连杆机构等,链条相比其他传动部件,其特点在通用机器人天然需要替代的枯燥重复、危害健康等行业工况中具备优势。

  链传动方案替换的切入场景:(一)为追求人形机器人优秀的运动性能,部分技术方案中将执行器置于关节远端,该情况下链传动或成为最优解。(二)链传动的替代场景还存在于机器人上半身手臂时,采用了两级链传动+手肘处肌腱传动的方案。此外,日本椿本链条预计2024 年推出世界上最小的超紧凑滚子链,应用场景为先进医疗设备及机器人。

  链传动方案可用于人形机器人的降本。行星滚柱丝杠海外产品售价高,国产尚未规模化,仍需等待国内厂商量产降本。链条传动成本相对较低,在满足性能及技术要求的情况下控制成本效果显著。

  人工智能及大模型发展不及预期风险;核心零部件降本不达预期风险;人形机器人商业化应用不理想风险;政策支持落地力度不达预期风险。

  【免责声明】本文仅代表第三方观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。

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