僅需三步，突破人形機(jī)器人 從設(shè)計(jì)到交付的兩大挑戰(zhàn)

　　伴隨著科技進(jìn)步，人形機(jī)器人日漸成為消除勞動(dòng)力短 缺，將人類從繁重的工作和潛在危險(xiǎn)中解放出來(lái)的理想之 選。然而，在人形機(jī)器人從開(kāi)始設(shè)計(jì)到成功交付的過(guò)程中， 機(jī)器人生產(chǎn)商不可避免的會(huì)面臨著技術(shù)和商業(yè)的雙重挑戰(zhàn)。

　　從技術(shù)角度來(lái)看，非機(jī)器人專用的運(yùn)控產(chǎn)品會(huì)影響人形 機(jī)器人的性能。從商業(yè)角度來(lái)看，價(jià)格低廉的電機(jī)缺少穩(wěn)定 性和性能保證，高質(zhì)量的定制解決方案也存在成本過(guò)高，無(wú) 法批量生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)挑戰(zhàn)和商業(yè)挑戰(zhàn)看似對(duì)立，但如果 設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)不能兼顧性能和適銷性，機(jī)器人將無(wú)法成功投入市 場(chǎng)。因此，只有成功解決技術(shù)和商業(yè)這兩大挑戰(zhàn)才能順利完 成產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到交付的全流程。

　　那么，如何才能真正同步解決人形機(jī)器人從設(shè)計(jì)到交付 過(guò)程中的兩大挑戰(zhàn)呢?

　　第一步：完善運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)

　　運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到整個(gè)系統(tǒng)。在人形機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所 需的性能水平上，電機(jī)不僅是電機(jī)本身。該部件必須針對(duì)外 形、重量和高度定制的性能特征進(jìn)行優(yōu)化，包括能夠響應(yīng)人形 機(jī)器人關(guān)節(jié)所需的動(dòng)態(tài)加速度爆發(fā)，同時(shí)以最高效率運(yùn)行。

　　要獲得理想的電機(jī)規(guī)格，首先要了解并記錄每個(gè)機(jī)器人 關(guān)節(jié)的應(yīng)用要求，包括全動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和速度范圍、運(yùn)行中可能 遇到的慣性負(fù)載范圍，以及重量和安裝占地面積目標(biāo)。了解 每個(gè)關(guān)節(jié)的動(dòng)態(tài)要求后，在關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的開(kāi)始階段不應(yīng)指定電 機(jī)，而是指定機(jī)械系統(tǒng)和齒輪箱結(jié)構(gòu)。這些規(guī)格將決定如何 對(duì)合適的電機(jī)與齒輪系統(tǒng)進(jìn)行配對(duì)。

　　旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)是人形機(jī)器人中最常見(jiàn)的關(guān)節(jié)類型，諧波減速 機(jī)能出色滿足這些旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的要求。在選擇諧波減速機(jī)時(shí)， 請(qǐng)考慮外徑相對(duì)較大的齒輪組能否滿足你的設(shè)計(jì)要求。增大直徑可以使用更大直徑的電機(jī)，從而利用D2L規(guī)則。該規(guī)則指 出，轉(zhuǎn)矩的增加與電機(jī)疊片長(zhǎng)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(gè)接頭轉(zhuǎn) 矩最大化的簡(jiǎn)單方法。此外，在許多設(shè)計(jì)中，減少機(jī)器人關(guān) 節(jié)的軸向長(zhǎng)度可以使機(jī)器人更加靈活，在狹小空間和接近周 圍物體時(shí)有更多的工作間隙。

　　諧波減速機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　? 零齒隙，實(shí)現(xiàn)精確定位和可靠固定;

　　? 在遇到?jīng)_擊負(fù)載時(shí)具有可靠性和彈性;

　　? 緊湊的軸向外形尺寸，使機(jī)器人設(shè)計(jì)緊湊靈活;

　　? 單級(jí)高減速比，實(shí)現(xiàn)高功率密度和平穩(wěn)的加速/減速;

　　? 可提供適用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的商用現(xiàn)有產(chǎn)品。

　　第二步：落實(shí)可制造性流程

　　設(shè)計(jì)出合理的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)后，在評(píng)估該結(jié)構(gòu)的組件能否擴(kuò) 展到機(jī)器人的全面生產(chǎn)，獲得預(yù)期市場(chǎng)的青睞前。你可以問(wèn) 自己幾個(gè)問(wèn)題：你的設(shè)計(jì)是否足夠堅(jiān)固耐用?選擇的部件在 從原型過(guò)渡到全規(guī)模生產(chǎn)時(shí)是否容易獲得?功能是否優(yōu)化?機(jī) 械性能是否可靠?

　　科爾摩根堅(jiān)信，在開(kāi)始階段采用正確設(shè)計(jì)能夠帶來(lái)短期 和長(zhǎng)期價(jià)值，讓你憑借更好且更具盈利性的產(chǎn)品更快地進(jìn)入 市場(chǎng)。對(duì)于許多公司來(lái)說(shuō),這需要改變“將研發(fā)與生產(chǎn)分離” 的思維模式。實(shí)際上，取得成功需要將研發(fā)和生產(chǎn)置于共同 的目標(biāo)、資源和流程的連續(xù)統(tǒng)一體中。

　　除了功能設(shè)計(jì)之外，卓越運(yùn)營(yíng)也應(yīng)納入原型機(jī)設(shè)計(jì)流 程。在項(xiàng)目的開(kāi)始階段就應(yīng)考慮設(shè)計(jì)將如何發(fā)展和擴(kuò)大規(guī) 模，從原型機(jī)到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，再到低速率初期生產(chǎn)，然后到全 速率生產(chǎn)，從而，最大程度實(shí)現(xiàn)可制造性設(shè)計(jì)。

　　第三步：采用出色的無(wú)框技術(shù)

　　明確了人形機(jī)器人電機(jī)選擇的思路和方向，接下來(lái)就 是：選擇一款能夠全方位滿足設(shè)計(jì)和制造需求的電機(jī)。

　　科爾摩根提供多款無(wú)框電機(jī)，專為滿足機(jī)器人關(guān)節(jié)的 外形、能耗和性能要求而設(shè)計(jì)。此類電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、重量 輕且節(jié)能，還可微調(diào)繞組特性，以在每個(gè)應(yīng)用的特定轉(zhuǎn)矩和 速度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)出色效率。這些特性有助于機(jī)器人工程師以 更小、更輕的電機(jī)提供出色的轉(zhuǎn)矩，從而最大限度地減小尺 寸、重量和能耗。科爾摩根無(wú)框電機(jī)按照極高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制 造,具有人形機(jī)器人從原型機(jī)制造到全面生產(chǎn)所需的性能、可 制造性、交付和支持能力。助力人形機(jī)器人實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到交 付的順利推進(jìn)。

　　例如，科爾摩根的TBM2G系列無(wú)框伺服電機(jī)就是為人形 機(jī)器人量身定制的電機(jī)的典型代表。

　　(1)靈活適配

　　TBM2G電機(jī)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(zhǎng)度進(jìn)行優(yōu)化。與通常只有三到五種框架尺 寸的同類電機(jī)相比，這是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。憑借如此多的選 擇，用戶可根據(jù)機(jī)器人的預(yù)期用途來(lái)指定TBM2G電機(jī)，以在 每臺(tái)機(jī)器人的每個(gè)關(guān)節(jié)上實(shí)現(xiàn)尺寸/重量和轉(zhuǎn)矩的理想平衡。

　　(2)輕盈緊湊

　　當(dāng)人形機(jī)器人有多個(gè)關(guān)節(jié)時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)的重量和尺寸節(jié) 省可以使機(jī)器人整體更輕，從而降低支撐和移動(dòng)自身重量所 需的能量。結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、尺寸合適的TBM2G電機(jī)是實(shí) 現(xiàn)這一工程目標(biāo)的理想選擇。同時(shí)，TBM2G采用了先進(jìn)的材 料， 并且可以選擇多種繞組，以幫助工程師實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的機(jī)電一 體化解決方案，滿足人形機(jī)器人關(guān)節(jié)對(duì)速度和轉(zhuǎn)矩的要求。

　　TBM2G電機(jī)在人形機(jī)器人應(yīng)用中具有如下優(yōu)勢(shì)：

　　? 兼具小尺寸大持續(xù)轉(zhuǎn)矩，并可以一致的轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)快速 加速;

　　? 可靠的響應(yīng)度和精確度，在低壓供電應(yīng)用中可實(shí)現(xiàn)超高 效率;

　　? 低溫升，延長(zhǎng)關(guān)節(jié)部件壽命;

　　? 大內(nèi)徑通孔，優(yōu)化關(guān)節(jié)內(nèi)部布局。

　　通過(guò)以上簡(jiǎn)單的三個(gè)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(jī)器人的應(yīng)用分析與方案設(shè) 計(jì)，突破人形機(jī)器人從設(shè)計(jì)到交付過(guò)程中的技術(shù)及商業(yè)兩大 挑戰(zhàn)。