在人形機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)中，人形機(jī)器人逐漸從樣機(jī)驗(yàn)證走向工程化落地。而自由度的增加和任務(wù)復(fù)雜程度的提升，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇變得尤為關(guān)鍵。

空心杯電機(jī)與無框力矩電機(jī)因其特定性能優(yōu)勢(shì)，正被越來越多地應(yīng)用于不同關(guān)節(jié)。但兩類電機(jī)的物理特性不同，適用場(chǎng)景也存在差異。

在實(shí)際應(yīng)用搭配中，若未結(jié)合關(guān)節(jié)任務(wù)需求進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估，可能帶來額外的權(quán)衡。今天，我們不定義“正確”方案，而是從結(jié)構(gòu)、負(fù)載、控制和制造角度，梳理兩類電機(jī)的搭配邏輯，供參考。

兩類電機(jī)的技術(shù)特性對(duì)比

空心杯電機(jī)采用無鐵芯轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，慣量低、響應(yīng)快、且無齒槽效應(yīng)，力矩輸出平穩(wěn)。這些特性使其在手指、眼球或頸部等需要高頻啟停和精細(xì)力控的關(guān)節(jié)中表現(xiàn)出潛力。

但由于其持續(xù)輸出能力有限，在手腕或肘部等需帶動(dòng)較大負(fù)載的場(chǎng)景中，可能面臨溫升加快、推力波動(dòng)等問題。若為此額外增加減速機(jī)構(gòu)，有可能抵消其高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，反而增加了系統(tǒng)復(fù)雜性。

相比之下，無框力矩電機(jī)將定子與轉(zhuǎn)子分離，便于直接集成到關(guān)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)緊湊布局和高扭矩直驅(qū)。這類電機(jī)通常更適合肩、髖、膝等大負(fù)載關(guān)節(jié)。但在像手指這類末端小關(guān)節(jié)使用時(shí)，其體積和重量可能成為限制因素。

末端質(zhì)量的增加會(huì)向上游傳遞，導(dǎo)致手腕乃至整臂的慣量上升，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢，動(dòng)作的自然性可能下降。局部性能的提升，并不必然帶來整體表現(xiàn)的優(yōu)化。

在人形機(jī)器人中，通常需多個(gè)電機(jī)同時(shí)工作，比如五指抓握物體。若各電機(jī)的推力常數(shù)或響應(yīng)速度存在偏差，就可能出現(xiàn)抓力不均、控制精度下降的情況。這種偏差往往不是來自設(shè)計(jì)圖紙，而是源于制造過程中的細(xì)微波動(dòng)，如繞線張力不穩(wěn)定、匝數(shù)控制不一致、裝配氣隙存在偏差等。

在高自由度的系統(tǒng)中，單個(gè)電機(jī)的微小差異，可能通過控制環(huán)路被放大而影響整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

因此，選擇哪類電機(jī)，關(guān)鍵在于是否匹配關(guān)節(jié)的負(fù)載特性、運(yùn)動(dòng)頻率、空間限制、控制要求等都需要納入考量。對(duì)于高頻啟停、輕載精細(xì)操作的場(chǎng)景中，空心杯電機(jī)可能更具優(yōu)勢(shì)；而大扭矩、中低速運(yùn)行的關(guān)節(jié)，無框力矩電機(jī)或許更為適合。而最終方案，往往是性能、結(jié)構(gòu)、控制與可制造性間的綜合權(quán)衡。

合利士不設(shè)計(jì)電機(jī)，也不會(huì)決定人形機(jī)器人的整體架構(gòu)。但我們服務(wù)于對(duì)電機(jī)性能一致性要求較高的領(lǐng)域。因?yàn)槲覀兛吹?，再精密的設(shè)計(jì)，也需要通過穩(wěn)定的制造過程來實(shí)現(xiàn)。如繞線張力、匝數(shù)精度、裝配氣隙，這些工藝參數(shù)的微小波動(dòng)，可能影響電機(jī)的推力輸出、溫升表現(xiàn)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

也正因如此，我們專注于電機(jī)智能裝備的研發(fā)與生產(chǎn)，幫助客戶實(shí)現(xiàn)高精度、高穩(wěn)定性、高一致性的裝配過程。如果您正在為人形機(jī)器人探索驅(qū)動(dòng)方案或高性能電機(jī)的可制造性與量產(chǎn)可行性，歡迎訪問合利士或預(yù)約一次線下技術(shù)溝通，讓我們從 “如何讓每臺(tái)電機(jī)都可靠”開始。