一. 人形机器人概览
人形机器人是具有与人相似的身体结构和运动方式的智能机器人,并具有一定认知和决策智能。
人形机器人可分为运控、感知、交互三大模块:
(1)运控模块:用于身体运动控制,包括电机、减速器、控制器、丝杠、轴承等。
(2)感知模块:负责数据采集与环境认知,包括各类传感器。
(3)交互模块:参与决策规划,包括芯片、算法。
二. 运控模块
2.1 减速器
减速器具有匹配转速和传递转矩的作用,主要用于关节位置,决定了机器人的运动性能。
人形机器人主要使用三种精密减速器:谐波、RV、行星减速器。
(1)行星减速器:体积小,刚性好,耐磨性强,减速比低,精度较差;主要用于手指等末端关节。
国内厂商包括:中大力德、兆威机电、新时达。
(2)谐波减速器:结构紧凑,耐磨性差,传动精度高;主要用于轻负载部位,如小臂、手腕等。
国内厂商包括:绿的谐波、昊志机电、汉宇集团、瑞迪智驱。
(3)RV减速器:结构复杂,刚性好,承载能力强,传动精度高,主要用于重负载部位,如大臂、肩、腿、髋等。
国内厂商包括:秦川机床、双环传动、巨轮智能。
2.2 电机
电机即马达,是机械设备的动力源,作用是将电能转化为机械能,产生驱动力矩。
电机按用途可分为动力电机、控制电机两大类,控制电机又可分为步进电机、伺服电机、力矩电机。
(1)伺服电机在人形机器人中配置较多,包括四肢及躯干。
以空心杯电机为代表的微特电机具备高效、轻量化、微型化等特点, 是伺服电机未来发展方向。
国内厂商:汇川技术、禾川科技、江苏雷利、雷赛智能、科力尔。
(2)步进电机主要用于机器人头部旋转、眼部微调等轻负载精确运动。
国内厂商:鸣志电器。
(3)无框力矩电机:相较伺服电机技术难度更高,没有轴承、外壳、端盖,能够集成于机器人关节,占用空间较少。
国内厂商:步科股份。
2.3 控制系统
控制系统是机器人的神经系统,用于控制其运动。
国内厂商包括:埃斯顿、机器人。
2.4 丝杠
丝杠是将旋转运动变成直线运动的传动附件,具备较高的承载力和精度。
丝杠可分为滑动丝杠、滚动丝杠、静压丝杠三类,机器人线性执行器使用滚柱丝杠。
国内厂商包括:五洲新春、贝斯特。
三. 感知模块
人形机器人的核心传感器包括力矩传感器、触觉传感器、视觉传感器。
3.1 力矩传感器
力矩传感器是感知力度的关键部件,按测量维度分为一至六维力传感器,其中六维力矩传感器最为全面精准,技术壁垒较高。
国内厂商包括:昊志机电、柯力传感。
3.2 触觉传感器
触觉传感器主要用于手部,随着人形机器人动作智能化提升、场景交互复杂度提升,需要更多的触觉反馈环节。
国内厂商包括:汉威科技。
3.3 视觉传感器
人形机器人需要使用视觉传感器识别物体、测距,实现导航、避障、交互等环境识别功能。
国内厂商包括:奥比中光、奥普特、凌云光。
3.4 惯性传感器
惯性传感器即IMU,由多组陀螺仪、加速度计组成,在人形机器人中用于姿态控制、导航和定位、动作执行和路径规划三个方面。
国内厂商包括:芯动联科。
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