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智能類人機器人特斯拉擎天柱 (Optimus) 執行機構分析

來源:華金證券      編輯:創澤      時間:2023/7/31      主題:其他   [加盟]

從特斯拉公布的方案來看,其結構執行器有 28 個,主要分為旋轉執行器和線性執 行器兩大類。擎天柱 (Optimus) 旋轉執行器主要分布于肩髖等需要大角度旋轉的 關節,線性執行器分布于膝肘等擺動角度不大的單自由度關節和腕踝兩個雙自由度但是體積緊湊的關節。

根據參數和結構的不同,特斯拉公布了 6 種規格的執行器,其中旋轉執行器包括 20NM、110NM 和 180NM 三種,線性執行器包括 500N、3900N、8000N 三種。旋轉執行器采用諧波減速器+電機的方案,線性執行器采用絲杠+電機的方案,特斯 拉研制了反轉式行星滾柱絲杠執行器,能夠承受半噸重的壓力。對于手掌關節, 其采用了空心杯電機+蝸輪蝸桿的結構,單手具備 11 個自由度。






人形機器人前主要聚焦于運動控制能力的提升

人形機器人有更強的柔性化水平,更好的環境感知能力和判斷能力,首要需要解決的問題是如何實現像人一樣去運動,能夠兼顧可靠性

特斯拉機器人軀干共有28個關節

28個執行器分別為肩關節(單側三自由度旋轉關節)6個,肘關節(單側直線關節)2個,腕部關節(單側2個直線+1個旋轉)6個,腰部(二自由度旋轉關節)2個

機器人關節電機核心指標是功率密度

無框力矩電機沒有外殼,可以提供更大的設備空 間,中間是中空形式的,便于走線;在設計中,可以使整個機器體積更小,因此可以提供更大的功率密度比

腿足式機器人伺服驅動器方案-三種伺服驅動器

型伺服驅動器有三種類型,分別為常規伺服驅動器,SEA 伺服驅動器,本體伺服驅動器;主要由力矩電機,諧波減速器,電機編碼器,輸出編碼器,驅動板,制動器組成

控制系統:智能機器人的神經系統

控制系統根據指令及傳感信息,向驅動系統發出指令,控制其完成規定的運動,控制系統主要由控制器(硬件)和控制算法(軟件)組成

智能服務機器人三種驅動系統優缺點比較

電機驅動控制手段先進,速度反饋容易,絕大部分機器人使用電機驅動;液壓驅動體積小重量輕,是機器人Atlas使用的驅動方案;氣動驅動安全性高,應用于仿生機器人等

智能服務機器人的動力裝置-驅動系統

根據能量轉換方式的不同,機器人的驅動方式可分為電機驅動、液壓驅動、氣動驅動等;現有的絕大多數人形機器人采用電機驅動

仿人形機器人核心零部件:零部件數量更多,質量要求更高

仿人形機器人既需要極強的運動控制能力,其核心 構成包括驅動裝置(伺服系統+減速器),控制裝置(控制器)和各類傳感器,數量和質量要求可能更高

人形機器人技術進展小結,續航1-3小時,行走3km/h

現階段的人形機器人已經可以穩定地雙足行走,實現了自動導航避障功能,可以基于感知信息進行一定程度的自主行動

物流領域應用的人形機器人Digit 可以拿起和堆疊18kg重的箱子

人形機器人Digit主要為物流場景設計,可以拿起和堆疊18kg重的箱子,進行移動包裹、卸貨等工作, “最后一 公里”配送功能也正在開發當中

國產仿人服務機器人優必選Walker 主打家庭服務功能

復雜地形自適應平穩快速行走 U-SLAM視覺導航自主路徑規劃 手眼協調操作精準靈活服務 多模態情感交互仿人共情表達 動態足腿控制自平衡抗干擾

韓國HUBO:直腿行走是亮點,曾獲DARPA機器人挑戰賽冠軍

機器人HUBO以直腿態行走,更接近人的步態;全身有34個自由度,左右手分別有3,4個手指,可以操縱方向盤,攀爬梯子等,超過Atlas贏得了DARPA機器人挑戰賽冠軍
 
資料獲取
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