相比驅動器外置,驅動器內置式靈巧手各關節具有較好的剛性,更利於傳感器的直接測量, 且模塊化設計利於更換維護。但是驅動器的內置分布讓通信和控製難度加大,手指尺寸及 靈巧手整手尺寸較大,關節靈活度下降。
驅動器內置式靈巧手典型代表產品包括德國宇航中心(DLR)於 2011 研製的麵向空間應用 的多指靈巧手 Dexhand,以及哈爾濱工業大學和 DLR 公司研製的 DLR/HIT II。
德國宇航中心研製的 DLR/HIT II 靈巧手為了應對複雜的空間環境,將驅動器及電氣 係統都集中在手掌內,並通過 2mm 厚的鋁質外殼來屏蔽電磁幹擾,降低溫度影響。
DLR/HIT II 靈巧手尺寸為人手的 1.5-2 倍,具有 1 個獨立的手掌和 5 根模塊化手指, 每根手指集驅動、傳感、控製等為一體。其中,拇指與手掌之間有一個類似人手的外 張/收斂自由度,可以通過配置拇指的位置來滿足不同的抓取要求。
![](//www.ts-vln.com/www/attached/image/20230801/20230801095894769476.jpg)
靈巧手的外觀設計更加擬人化,手指本體更加纖細;可以采用更大的驅動電機,從而增大手指的輸出力;驅動器與手本體之間距離遠增加了控製器設計的難度
第一階段是從 20 世紀 70 年代—20 世紀 90 年代,典型代表是日本的 Okada、美國的 Stanford/JPL 和 Utah/MIT;第二階段是從 20 世紀 90 年代到 2010 年
靈巧手是機器人操作和動作執行的末端工具,滿足兩個條件:指關節運動時能使物體產生任意運動,指關節固定時能完全限製物體的運動,定義靈巧手是指數≥3,自由度≥9 的末端執行器
特斯拉公布了 6 種規格的執行器,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,對於手掌關節,其采用了空心杯電機+蝸輪蝸杆的結構
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
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
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,便於走線;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
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,製動器組成
控製係統根據指令及傳感信息,向驅動係統發出指令,控製其完成規定的運動,控製係統主要由控製器(硬件)和控製算法(軟件)組成
電機驅動控製手段先進,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,應用於仿生機器人等
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
仿人形機器人既需要極強的運動控製能力,其核心 構成包括驅動裝置(伺服係統+減速器),控製裝置(控製器)和各類傳感器,數量和質量要求可能更高