1. 先弄明白一件事Optimus的關(guān)節(jié)為什么繞不開諧波減速器在各大平臺(tái)刷到Optimus那段流暢行走、抬臂、抓取物體的視頻時(shí)很多人的第一反應(yīng)是這玩意兒的“大腦”到底怎么做到的FSD算法、端到端神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、視覺語(yǔ)言模型這些詞鋪天蓋地。但作為一個(gè)在機(jī)器人行業(yè)摸爬滾打多年的機(jī)械工程師我第一眼看過去盯的卻是它的肩膀、肘部和手腕。關(guān)節(jié)才是一臺(tái)仿人機(jī)器人能不能真正“像人”的物理基礎(chǔ)。沒有合適的關(guān)節(jié)傳動(dòng)方案算法再?gòu)?qiáng)也無(wú)濟(jì)于事。你指令發(fā)到電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)_上幾千轉(zhuǎn)但關(guān)節(jié)要的是低速大扭矩的精準(zhǔn)輸出這中間必須有一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)過渡。而在Optimus這種級(jí)別的仿人機(jī)器人上供你選擇的傳動(dòng)方案其實(shí)并不多行星減速器、RV減速器、諧波減速器外加一些直線執(zhí)行器里用的行星滾柱絲杠。諧波減速器在其中扮演的角色最特殊。它的單級(jí)減速比能做到50到160甚至更高但體積和重量只有同規(guī)格RV減速器的三分之一左右背隙能控制在1弧分以內(nèi)也就是一個(gè)圓周的六萬(wàn)分之一。這套組合拳打下來(lái)幾乎是仿人機(jī)器人旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的默認(rèn)答案。Optimus的全身方案業(yè)內(nèi)基本已經(jīng)形成共識(shí)大腿、小腿這種需要大推力的線性運(yùn)動(dòng)交給行星滾柱絲杠配合電機(jī)來(lái)做直線驅(qū)動(dòng)而肩部、肘部、手腕這些需要旋轉(zhuǎn)輸出、且對(duì)體積和重量極其敏感的關(guān)節(jié)則大量采用伺服電機(jī)加諧波減速器的組合。這就是為什么我建議每一個(gè)想入局仿人機(jī)器人的人先花幾個(gè)晚上把諧波減速器徹底吃透。這篇東西我打算以O(shè)ptimus為引子把我這幾年在諧波減速器選型、集成、調(diào)試過程中總結(jié)出來(lái)的5個(gè)真正稱得上“精妙”的設(shè)計(jì)思路拆開來(lái)講。2. 精妙設(shè)計(jì)之一柔輪變形傳動(dòng)把大速比塞進(jìn)拳頭大小的空間2.1 諧波減速器憑什么能做出百級(jí)減速比諧波減速器的工作原理和傳統(tǒng)的齒輪嚙合完全不同。它一共就三個(gè)核心零件波發(fā)生器、柔輪、剛輪。波發(fā)生器是一個(gè)橢圓形凸輪外面套著一圈柔性軸承。它裝在電機(jī)軸上電機(jī)一轉(zhuǎn)它就跟著轉(zhuǎn)。柔輪是一個(gè)薄壁筒形零件外壁有齒但它本身是彈性的可以被波發(fā)生器撐成橢圓形。剛輪是一個(gè)剛性環(huán)形零件內(nèi)壁有齒齒數(shù)比柔輪多出2個(gè)雙波諧波就是2個(gè)這也是最常見的。運(yùn)行時(shí)波發(fā)生器塞進(jìn)柔輪里把柔輪撐成橢圓。橢圓的長(zhǎng)軸方向柔輪的齒和剛輪的齒完全嚙合短軸方向則完全脫開。波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)一圈柔輪和剛輪的嚙合位置就沿著圓周“走”一圈但因?yàn)閯傒喓腿彷啿盍?個(gè)齒所以柔輪相對(duì)于剛輪只轉(zhuǎn)過2個(gè)齒的角度。減速比用齒數(shù)算一下就是柔輪齒數(shù)除以2或者剛輪齒數(shù)除以2減1。這個(gè)機(jī)制精妙在哪里普通的行星齒輪要4到5級(jí)串聯(lián)才能做到100:1的減速比但諧波減速器只靠一個(gè)“齒數(shù)差2”的設(shè)計(jì)單級(jí)就做到了。結(jié)果就是一個(gè)直徑七八十毫米、厚度三四十毫米的諧波減速器就能穩(wěn)定輸出上百牛米的扭矩減速比輕松到80:1甚至100:1而整體重量控制在幾百克到一千克出頭。這在Optimus這種對(duì)關(guān)節(jié)質(zhì)量和尺寸極其敏感的平臺(tái)上幾乎沒什么替代品。2.2 仿人機(jī)器人為什么要壓榨每一克重量和每一毫米尺寸很多剛?cè)胄械呐笥褧?huì)問既然RV減速器精度更高、承載更大為什么Optimus不用RV問題就出在RV減速器的體積和重量上。RV減速器本質(zhì)上是行星齒輪加擺線針輪的復(fù)合結(jié)構(gòu)機(jī)加工藝復(fù)雜外形體積也大。在六軸工業(yè)機(jī)器人上這完全不是問題因?yàn)榛?、有空間、對(duì)重量不敏感。但仿人機(jī)器人不一樣——它要把幾十個(gè)執(zhí)行器全部裝進(jìn)一個(gè)成年人的身體輪廓里每一個(gè)零部件的體積都要精確到毫米級(jí)重量精確到克級(jí)。一個(gè)很直觀的對(duì)比同樣是減速比100:1左右的方案RV減速器在工業(yè)機(jī)器人上的產(chǎn)品高度通常是七八十毫米起步而諧波減速器的薄型產(chǎn)品能做到二三十毫米的高度。肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)如果全部用RV手臂的直徑會(huì)直接膨脹一圈看起來(lái)不像人的手臂動(dòng)力學(xué)特性也會(huì)被破壞殆盡。Optimus給人那種動(dòng)作輕盈利落的感覺機(jī)械層面的底層原因就是關(guān)節(jié)模組的小型化。諧波減速器讓電機(jī)可以以更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速端輸出高扭矩這樣電機(jī)本體的尺寸就可以縮小整個(gè)關(guān)節(jié)模組可以做得很緊湊。2.3 但柔輪壽命是必須正視的代價(jià)當(dāng)然沒有免費(fèi)的午餐。諧波減速器的柔輪長(zhǎng)期處于周期性彈性變形狀態(tài)下這會(huì)導(dǎo)致交變應(yīng)力最終疲勞失效。這直接影響的就是關(guān)節(jié)模組的壽命。我自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)是諧波減速器的壽命評(píng)估不能只看廠商給的額定壽命數(shù)值還要看你的實(shí)際工況曲線。仿人機(jī)器人走路時(shí)髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)承受的是大幅度、高頻率的波動(dòng)載荷和工業(yè)機(jī)器人固定的周期性動(dòng)作差異很大。這導(dǎo)致柔輪的應(yīng)力幅值變動(dòng)劇烈實(shí)際壽命往往會(huì)比Catalogue數(shù)值低很多。所以在做關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)一定要留出柔輪疲勞校核的預(yù)算并且在系統(tǒng)層面做好壽命監(jiān)測(cè)方案。這一點(diǎn)后面在第五個(gè)設(shè)計(jì)里還會(huì)展開說(shuō)。3. 精妙設(shè)計(jì)之二中空結(jié)構(gòu)不是為走線方便而是為了關(guān)節(jié)能彎到位3.1 大中空孔的價(jià)值遠(yuǎn)超“理線清爽”Harmonic Drive這類諧波減速器廠商產(chǎn)品線里都有一個(gè)專門系列中空軸或大中空孔型。普通的諧波減速器中間是實(shí)心的或者只有很小的軸孔但中空型產(chǎn)品直接在中心開了一個(gè)大直徑通孔。這個(gè)東西在Optimus身上的價(jià)值絕不是“線束好整理”這么膚淺。仿人機(jī)器人的線纜包括電機(jī)動(dòng)力線、編碼器信號(hào)線、傳感器線、通信線數(shù)量非常多。如果這些線走關(guān)節(jié)外部那么關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)時(shí)線纜會(huì)跟著甩動(dòng)、彎折、磨損長(zhǎng)期運(yùn)行大概率會(huì)出現(xiàn)斷線或者接觸不良。這在機(jī)器人上是最讓人頭疼的隱性故障之一。但如果走關(guān)節(jié)內(nèi)部問題就來(lái)了機(jī)器人關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時(shí)如果線纜在關(guān)節(jié)內(nèi)部被迫扭轉(zhuǎn)同樣會(huì)損耗壽命。諧波減速器的中空孔配合電機(jī)軸做空心設(shè)計(jì)就可以讓線纜近乎直線地穿過關(guān)節(jié)隨機(jī)器人手臂的擺動(dòng)自然彎曲而不是繞著一個(gè)軸心反復(fù)扭轉(zhuǎn)。3.2 Optimus手臂的走線邏輯中空孔帶來(lái)的結(jié)構(gòu)革新Optimus的手臂動(dòng)作跨度很大從自然下垂到前伸抓取角度范圍大線纜的走向設(shè)計(jì)極其講究。一旦關(guān)節(jié)用了中空諧波減速器電機(jī)、編碼器、減速器、輸出軸承就可以沿同一根軸線串在一起形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)模組。線束從關(guān)節(jié)模組的中心穿過從大臂走到小臂再?gòu)男”圩叩绞滞笳w路徑干凈利落。我在做自己的六軸機(jī)械臂和機(jī)器人關(guān)節(jié)模組時(shí)也是照著這個(gè)思路選的諧波減速器。中空孔直徑至少要能穿過所有動(dòng)力線和信號(hào)線并且留出30%左右的余量方便后續(xù)增加傳感器或者替換線束。這里提醒一句中空孔直徑不是越大越好孔徑大了會(huì)壓縮柔輪的壁厚影響減速器本身的剛度和壽命一定要結(jié)合線束數(shù)量和柔輪強(qiáng)度仿真一起定。3.3 中空設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)重心的隱性影響中空結(jié)構(gòu)還有一個(gè)容易被人忽視的好處——它拉近了關(guān)節(jié)輸出端和負(fù)載中心線的距離。如果線纜走關(guān)節(jié)外側(cè)那線纜自身也有重量而且分布在整個(gè)手臂表面這會(huì)讓手臂的質(zhì)心往外偏。在做整機(jī)動(dòng)力學(xué)計(jì)算時(shí)這部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一旦算錯(cuò)機(jī)械臂在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)軌跡偏差和振動(dòng)。中空走線把所有線纜集中在關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸線附近質(zhì)心更集中在結(jié)構(gòu)本體上動(dòng)力學(xué)模型擬合精度更高調(diào)試時(shí)能省掉大量糾偏時(shí)間。4. 精妙設(shè)計(jì)之三雙編碼器全閉環(huán)把回差“藏”進(jìn)算法里4.1 諧波減速器的回差為什么是躲不掉的諧波減速器的背隙遠(yuǎn)小于行星減速器甚至能做到“零背隙”的工程水平。但在實(shí)際使用中柔輪在負(fù)載下的彈性扭轉(zhuǎn)變形是必然存在的負(fù)載越大扭轉(zhuǎn)角越大。除此之外波發(fā)生器柔性軸承的間隙、齒嚙合區(qū)的彈性變形、柔輪本身材料的內(nèi)摩擦都會(huì)在正反轉(zhuǎn)換向時(shí)造成微小的角度誤差。對(duì)仿人機(jī)器人來(lái)說(shuō)這種誤差在行走時(shí)會(huì)被放大。一個(gè)關(guān)節(jié)誤差0.05度看起來(lái)不大但經(jīng)過腿部結(jié)構(gòu)的幾何放大后腳底的位置誤差可能就到毫米級(jí)了走兩步就開始歪。所以不能光靠諧波減速器本身的高精度來(lái)扛必須在反饋環(huán)節(jié)做文章。4.2 半閉環(huán)和全閉環(huán)的差別在哪里基礎(chǔ)的關(guān)節(jié)伺服控制很多時(shí)候只看電機(jī)軸端編碼器。因?yàn)橹C波減速器是剛性連接理論上電機(jī)轉(zhuǎn)N圈輸出端就轉(zhuǎn)一圈電機(jī)端編碼器讀數(shù)除以減速比就可以推算輸出角度。這就是半閉環(huán)。但半閉環(huán)有一個(gè)盲區(qū)它測(cè)不到減速器內(nèi)部的實(shí)際變形和摩斯損失。負(fù)載大時(shí)柔輪扭轉(zhuǎn)變形輸出端實(shí)際角度和理論推算角度之間就產(chǎn)生了偏差。Optimus這類頂級(jí)仿人機(jī)器人的做法是在電機(jī)端和關(guān)節(jié)輸出端各放一個(gè)編碼器形成雙編碼器結(jié)構(gòu)。電機(jī)端編碼器負(fù)責(zé)高速環(huán)的控制輸出端編碼器負(fù)責(zé)關(guān)節(jié)絕對(duì)角度的修正。二者融合后控制系統(tǒng)能實(shí)時(shí)感知減速器內(nèi)部的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)提前補(bǔ)償形變誤差。這就是全閉環(huán)。4.3 輸出端編碼器安裝的同軸度是隱蔽的坑加了雙編碼器之后性能提升是立竿見影的但安裝輸出端編碼器時(shí)有一個(gè)容易踩的坑——同軸度。輸出端編碼器如果安裝在關(guān)節(jié)輸出軸上它讀取的角度是否準(zhǔn)確取決于編碼器碼盤的旋轉(zhuǎn)中心和實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸心有多接近。如果偏心量過大編碼器讀出的角度會(huì)出現(xiàn)“正弦波”性質(zhì)的誤差一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)誤差正負(fù)波動(dòng)。這道誤差會(huì)直接混入關(guān)節(jié)角度反饋里導(dǎo)致機(jī)器人靜止時(shí)輸出端角度晃動(dòng)動(dòng)作時(shí)出現(xiàn)周期性的抖動(dòng)。所以安裝輸出端編碼器時(shí)我建議一定要用高精度的數(shù)控加工保證軸承座和編碼器的配合面并且用千分表實(shí)測(cè)偏心量。如果偏心量超過編碼器廠商建議值寧可返工也不要用軟補(bǔ)償去遮丑——因?yàn)檐浹a(bǔ)償只能補(bǔ)償一部分而且會(huì)引入新的非線性。5. 精妙設(shè)計(jì)之四減速比和電機(jī)扭矩的匹配是一場(chǎng)“峰值”與“連續(xù)”的博弈5.1 仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)的特殊負(fù)載跟工業(yè)機(jī)器人截然不同工業(yè)機(jī)器人做固定的重復(fù)動(dòng)作載荷曲線相對(duì)平穩(wěn)選減速器時(shí)看額定扭矩就夠了。但仿人機(jī)器人不一樣。Optimus走路時(shí)腳踝和膝關(guān)節(jié)每走一步就要承受整條腿加部分體重的沖擊抓取、搬運(yùn)物品時(shí)肩膀和肘部瞬間就要爆發(fā)大扭矩來(lái)克服負(fù)載的重力矩和慣性力。這種“瞬間峰值”和“小占空比連續(xù)運(yùn)行”交織的工況給諧波減速器的選型出了一個(gè)難題如果按峰值扭矩來(lái)選減速器關(guān)節(jié)的體積和重量會(huì)嚴(yán)重超標(biāo)如果按連續(xù)額定扭矩來(lái)選峰值工況下柔輪和剛輪又可能過載壽命打折甚至直接打齒。5.2 峰值扭矩倍率是怎么算出來(lái)的行業(yè)內(nèi)普遍用一個(gè)“峰值扭矩倍率”的概念來(lái)指導(dǎo)選型。也就是峰值扭矩倍率 關(guān)節(jié)要求的峰值輸出扭矩 / 減速器的額定輸出扭矩對(duì)于Optimus級(jí)別的整機(jī)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的峰值倍率通?？刂圃?到3之間。這個(gè)數(shù)怎么理解呢如果減速器額定扭矩是100牛米倍率是2.5那意味著它在短時(shí)間內(nèi)要能扛住250牛米的沖擊而且希望這種沖擊不要持續(xù)太久、不要頻繁發(fā)生。選型時(shí)就要反復(fù)迭代電機(jī)的最大連續(xù)扭矩、峰值扭矩通常3倍于連續(xù)扭矩、減速器的減速比、關(guān)節(jié)的目標(biāo)峰值扭矩和連續(xù)扭矩、關(guān)節(jié)的額定轉(zhuǎn)速和峰值轉(zhuǎn)速這些參數(shù)要放在一個(gè)表格里統(tǒng)一對(duì)。電機(jī)峰值扭矩乘以減速比就是關(guān)節(jié)的理論峰值輸出這個(gè)數(shù)必須能覆蓋需求同時(shí)不能超出諧波減速器的沖擊許用值而電機(jī)的連續(xù)扭矩乘以減速比則要穩(wěn)穩(wěn)落在減速器額定扭矩之內(nèi)。5.3 轉(zhuǎn)速上限經(jīng)常被新手忽略很多人在選諧波減速器時(shí)只盯著扭矩卻把轉(zhuǎn)速給忘了。諧波減速器的輸入轉(zhuǎn)速是有上限的一方面是因?yàn)椴òl(fā)生器里的柔性軸承有極限轉(zhuǎn)速另一方面是柔輪在高轉(zhuǎn)速下發(fā)熱嚴(yán)重潤(rùn)滑脂會(huì)加速老化進(jìn)而降低壽命。Optimus這種電池供電的整機(jī)系統(tǒng)電機(jī)電壓有限關(guān)節(jié)要輸出高功率時(shí)如果減速比選得過大電機(jī)就得逼近最高轉(zhuǎn)速運(yùn)行。這時(shí)候電機(jī)工作點(diǎn)處于效率比較低的區(qū)域發(fā)熱大、壽命短。所以減速比并不是越大越好還要把“電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 ÷ 減速比”算出來(lái)的關(guān)節(jié)最高輸出轉(zhuǎn)速和目標(biāo)動(dòng)作速度需求對(duì)一遍。走路時(shí)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的峰值角速度通常決定了這個(gè)下限。我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)是選完減速比后一定要做一遍“全工況表”校驗(yàn)把低速大扭矩、高速小扭矩、峰值沖擊、持續(xù)巡航這四類典型工況全部過一遍確認(rèn)每一類工況下電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)扭矩、減速器輸入轉(zhuǎn)速和輸出扭矩都不越界。這套表做下來(lái)你就能理解為什么頂級(jí)仿人機(jī)器人關(guān)節(jié)里那些減速比選型往往不是拍腦袋定的而是把整個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈路的功率需求反復(fù)迭代出來(lái)的結(jié)果。6. 精妙設(shè)計(jì)之五抱閘與過載保護(hù)隱藏的安全冗余設(shè)計(jì)6.1 斷電保持是什么場(chǎng)景下的剛需仿人機(jī)器人的電池?cái)嚯娀蛘呦到y(tǒng)緊急停機(jī)時(shí)有一個(gè)非常危險(xiǎn)的場(chǎng)景機(jī)器人當(dāng)時(shí)可能正拿著重物、或者正在下蹲。如果關(guān)節(jié)沒有自鎖能力重力會(huì)帶著關(guān)節(jié)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人瞬間癱軟甚至砸向周邊人員。諧波減速器本身不是自鎖機(jī)構(gòu)所以在關(guān)節(jié)模組里必須加入抱閘機(jī)構(gòu)。Optimus這類機(jī)器人一般會(huì)在電機(jī)端集成一個(gè)電磁抱閘Electromagnetic Brake斷電時(shí)彈簧推動(dòng)剎車片壓緊電機(jī)軸電機(jī)制動(dòng)關(guān)節(jié)就鎖住了。這個(gè)設(shè)計(jì)在選型時(shí)有幾個(gè)細(xì)節(jié)值得注意抱閘位置在電機(jī)端抱緊的是高速軸所以同等制動(dòng)力矩下可以抱得更牢。但從停機(jī)信號(hào)發(fā)出到抱閘真正鎖死中間存在幾十毫秒的響應(yīng)延遲在這段時(shí)間內(nèi)關(guān)節(jié)仍可能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)多出來(lái)的運(yùn)動(dòng)量也要計(jì)入安全距離。抱閘的保持力矩和釋放電壓會(huì)隨溫度變化。低溫下潤(rùn)滑脂粘度增大抱閘釋放可能變慢這在整機(jī)低溫啟動(dòng)時(shí)要重點(diǎn)測(cè)試。抱閘屬于消耗性零件頻繁動(dòng)作后剎車片會(huì)磨損需要預(yù)留診斷機(jī)制提醒維護(hù)。6.2 諧波減速器的“打滑保護(hù)”機(jī)制比你想的更聰明諧波減速器的失效模式里有一種最危險(xiǎn)的情況——堵轉(zhuǎn)過載。比如機(jī)器人正在抓取重物負(fù)載突變關(guān)節(jié)扭矩瞬間超過減速器的極限值。這時(shí)候如果電機(jī)還在拼命發(fā)力柔輪的齒就可能跟剛輪的齒頂死嚴(yán)重的話直接造成柔輪塑性變形或者齒面脫落。為了避免這種現(xiàn)象工程上有幾種典型的保護(hù)思路電氣層的限流與扭矩觀測(cè)通過電機(jī)電流實(shí)時(shí)估算關(guān)節(jié)輸出扭矩一旦超限立即降功率。機(jī)械層的扭矩限制器在關(guān)節(jié)輸出端串聯(lián)一個(gè)過載保護(hù)裝置超過設(shè)定閾值就自動(dòng)打滑把沖擊能量卸掉。軟件層的阻抗控制當(dāng)外力超出正常范圍時(shí)關(guān)節(jié)主動(dòng)“順從”外力而不是硬剛。這在仿人機(jī)器人上尤其常見人機(jī)交互安全全靠它。Optimus發(fā)布的演示里那個(gè)“人伸手推它它讓一讓”的動(dòng)作表面上看是力控算法底層其實(shí)也是上一整套扭矩觀測(cè)和輸出保護(hù)機(jī)制在托底。沒有這層保護(hù)柔性關(guān)節(jié)在意外沖擊下很快就會(huì)出現(xiàn)機(jī)械損傷。6.3 柔輪的疲勞監(jiān)測(cè)是仿人機(jī)器人走向?qū)嵱玫谋匦拚n因?yàn)槿彷喪菑椥泽w它的疲勞狀態(tài)很難通過外觀直接判斷。常規(guī)的做法是在減速器狀態(tài)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)加入振動(dòng)和電流特征分析。諧波減速器在柔輪出現(xiàn)早期疲勞時(shí)傳動(dòng)效率會(huì)細(xì)微下降運(yùn)行噪聲和振動(dòng)特征會(huì)出現(xiàn)變化電機(jī)電流諧波也會(huì)跟著變。這套東西裝在關(guān)節(jié)里機(jī)器人每走一步系統(tǒng)都在“聽”每個(gè)關(guān)節(jié)的脈搏。我在項(xiàng)目里習(xí)慣的做法是每臺(tái)機(jī)器人的關(guān)節(jié)都建立“健康檔案”同時(shí)采集電機(jī)電流的有效值和振動(dòng)頻譜建立基線后續(xù)運(yùn)行中一旦某個(gè)關(guān)節(jié)的振動(dòng)諧波分量明顯偏離基線就安排維護(hù)人員拆檢。這臺(tái)設(shè)備就能做到“壞了之前先知道”而不是等柔輪斷了再趴窩。7. 從Optimus的關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)回到自己的項(xiàng)目比選型更重要的是系統(tǒng)思維看完上面五個(gè)設(shè)計(jì)你會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律真正頂級(jí)的關(guān)節(jié)技術(shù)不是把某一個(gè)零件玩到極致而是把機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感反饋、驅(qū)動(dòng)控制、安全保護(hù)全部放在同一個(gè)坐標(biāo)系里統(tǒng)籌。我在給一些創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)做技術(shù)咨詢時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)很多人一上來(lái)就問“該選多大減速比的諧波”這其實(shí)是最末端的問題。真正該先想清楚的是關(guān)節(jié)的質(zhì)量和包絡(luò)尺寸的硬指標(biāo)是多少峰值扭矩、連續(xù)扭矩、峰值轉(zhuǎn)速、連續(xù)轉(zhuǎn)速分別是什么允許的回差和扭轉(zhuǎn)剛度是多少線束怎么走、編碼器裝在哪斷電后要維持多長(zhǎng)時(shí)間的鎖止?fàn)顟B(tài)維護(hù)周期定在多少小時(shí)這些問題想透了諧波減速器的型號(hào)清單基本能縮到兩三款再去做詳細(xì)的力學(xué)仿真和溫升驗(yàn)證就可以了。另外提一句國(guó)內(nèi)這幾年諧波減速器發(fā)展非?？炀G的諧波、來(lái)福諧波等品牌的產(chǎn)品已經(jīng)在很多機(jī)器人上批量使用性能和哈默納科的差距在逐步縮小。選國(guó)產(chǎn)還是進(jìn)口本質(zhì)上取決于你的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)精度、壽命和一致性的要求以及你的整機(jī)項(xiàng)目能承受多少成本。如果你做的是科研驗(yàn)證樣機(jī)國(guó)產(chǎn)性價(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯如果做量產(chǎn)的高端醫(yī)療或者高端服務(wù)機(jī)器人還是建議兩種都裝上做對(duì)比耐久測(cè)試再拍板。我自己最近在改的一臺(tái)輕量機(jī)械臂第五版方案已經(jīng)把所有旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)都換成了中空型諧波減速器加雙編碼器結(jié)構(gòu)還把抱閘重新選型了一遍。實(shí)話說(shuō)每一次迭代都會(huì)對(duì)“為什么Optimus要那么設(shè)計(jì)”多理解一層。關(guān)節(jié)是仿人機(jī)器人真正難啃的骨頭之一希望這篇拆解能給你省下一些自己摸索的時(shí)間。