僅需三步，突破人形機器人 從設計到交付的兩大挑戰(zhàn)

　　伴隨著科技進步，人形機器人日漸成為消除勞動力短 缺，將人類從繁重的工作和潛在危險中解放出來的理想之 選。然而，在人形機器人從開始設計到成功交付的過程中， 機器人生產商不可避免的會面臨著技術和商業(yè)的雙重挑戰(zhàn)。

　　從技術角度來看，非機器人專用的運控產品會影響人形 機器人的性能。從商業(yè)角度來看，價格低廉的電機缺少穩(wěn)定 性和性能保證，高質量的定制解決方案也存在成本過高，無 法批量生產的風險。技術挑戰(zhàn)和商業(yè)挑戰(zhàn)看似對立，但如果 設計團隊不能兼顧性能和適銷性，機器人將無法成功投入市 場。因此，只有成功解決技術和商業(yè)這兩大挑戰(zhàn)才能順利完 成產品從設計到交付的全流程。

　　那么，如何才能真正同步解決人形機器人從設計到交付 過程中的兩大挑戰(zhàn)呢?

　　第一步：完善運動控制設計

　　運動控制設計應考慮到整個系統(tǒng)。在人形機器人運動所 需的性能水平上，電機不僅是電機本身。該部件必須針對外 形、重量和高度定制的性能特征進行優(yōu)化，包括能夠響應人形 機器人關節(jié)所需的動態(tài)加速度爆發(fā)，同時以最高效率運行。

　　要獲得理想的電機規(guī)格，首先要了解并記錄每個機器人 關節(jié)的應用要求，包括全動態(tài)轉矩和速度范圍、運行中可能 遇到的慣性負載范圍，以及重量和安裝占地面積目標。了解 每個關節(jié)的動態(tài)要求后，在關節(jié)設計的開始階段不應指定電 機，而是指定機械系統(tǒng)和齒輪箱結構。這些規(guī)格將決定如何 對合適的電機與齒輪系統(tǒng)進行配對。

　　旋轉關節(jié)是人形機器人中最常見的關節(jié)類型，諧波減速 機能出色滿足這些旋轉關節(jié)的要求。在選擇諧波減速機時， 請考慮外徑相對較大的齒輪組能否滿足你的設計要求。增大直徑可以使用更大直徑的電機，從而利用D2L規(guī)則。該規(guī)則指 出，轉矩的增加與電機疊片長度的增加成正比，或者與力矩 臂直徑增加的平方成正比。D2L規(guī)則提供了一種使每個接頭轉 矩最大化的簡單方法。此外，在許多設計中，減少機器人關 節(jié)的軸向長度可以使機器人更加靈活，在狹小空間和接近周 圍物體時有更多的工作間隙。

　　諧波減速機具有以下優(yōu)點：

　　? 零齒隙，實現精確定位和可靠固定;

　　? 在遇到沖擊負載時具有可靠性和彈性;

　　? 緊湊的軸向外形尺寸，使機器人設計緊湊靈活;

　　? 單級高減速比，實現高功率密度和平穩(wěn)的加速/減速;

　　? 可提供適用于機器人關節(jié)的商用現有產品。

　　第二步：落實可制造性流程

　　設計出合理的關節(jié)結構后，在評估該結構的組件能否擴 展到機器人的全面生產，獲得預期市場的青睞前。你可以問 自己幾個問題：你的設計是否足夠堅固耐用?選擇的部件在 從原型過渡到全規(guī)模生產時是否容易獲得?功能是否優(yōu)化?機 械性能是否可靠?

　　科爾摩根堅信，在開始階段采用正確設計能夠帶來短期 和長期價值，讓你憑借更好且更具盈利性的產品更快地進入 市場。對于許多公司來說,這需要改變“將研發(fā)與生產分離” 的思維模式。實際上，取得成功需要將研發(fā)和生產置于共同 的目標、資源和流程的連續(xù)統(tǒng)一體中。

　　除了功能設計之外，卓越運營也應納入原型機設計流 程。在項目的開始階段就應考慮設計將如何發(fā)展和擴大規(guī) 模，從原型機到現場測試，再到低速率初期生產，然后到全 速率生產，從而，最大程度實現可制造性設計。

　　第三步：采用出色的無框技術

　　明確了人形機器人電機選擇的思路和方向，接下來就 是：選擇一款能夠全方位滿足設計和制造需求的電機。

　　科爾摩根提供多款無框電機，專為滿足機器人關節(jié)的 外形、能耗和性能要求而設計。此類電機結構緊湊、重量 輕且節(jié)能，還可微調繞組特性，以在每個應用的特定轉矩和 速度范圍內實現出色效率。這些特性有助于機器人工程師以 更小、更輕的電機提供出色的轉矩，從而最大限度地減小尺 寸、重量和能耗。科爾摩根無框電機按照極高的質量標準制 造,具有人形機器人從原型機制造到全面生產所需的性能、可 制造性、交付和支持能力。助力人形機器人實現從設計到交 付的順利推進。

　　例如，科爾摩根的TBM2G系列無框伺服電機就是為人形 機器人量身定制的電機的典型代表。

　　(1)靈活適配

　　TBM2G電機有七種框架尺寸可供選擇，每種尺寸都可圍 繞三種不同的磁鋼長度進行優(yōu)化。與通常只有三到五種框架尺 寸的同類電機相比，這是一個巨大的優(yōu)勢。憑借如此多的選 擇，用戶可根據機器人的預期用途來指定TBM2G電機，以在 每臺機器人的每個關節(jié)上實現尺寸/重量和轉矩的理想平衡。

　　(2)輕盈緊湊

　　當人形機器人有多個關節(jié)時，每個關節(jié)的重量和尺寸節(jié) 省可以使機器人整體更輕，從而降低支撐和移動自身重量所 需的能量。結構緊湊、重量輕、尺寸合適的TBM2G電機是實 現這一工程目標的理想選擇。同時，TBM2G采用了先進的材 料， 并且可以選擇多種繞組，以幫助工程師實現優(yōu)化的機電一 體化解決方案，滿足人形機器人關節(jié)對速度和轉矩的要求。

　　TBM2G電機在人形機器人應用中具有如下優(yōu)勢：

　　? 兼具小尺寸大持續(xù)轉矩，并可以一致的轉矩實現快速 加速;

　　? 可靠的響應度和精確度，在低壓供電應用中可實現超高 效率;

　　? 低溫升，延長關節(jié)部件壽命;

　　? 大內徑通孔，優(yōu)化關節(jié)內部布局。

　　通過以上簡單的三個步驟，即刻可以與科爾摩根攜手快 速完成兼具性能和適銷性的人形機器人的應用分析與方案設 計，突破人形機器人從設計到交付過程中的技術及商業(yè)兩大 挑戰(zhàn)。