优必选-大型仿人机器人整机构型研究及应用-2020.7-35页_3mb

优必选大型仿人机器人整机构型研究及应用总结

核心内容概述

大型仿人机器人整机构型研究是实现其运动性能、灵活性与稳定性的关键。本文围绕国内外研究现状、优必选在该领域的研究与应用、以及未来发展趋势展开，重点分析了整机构型与伺服驱动器的关系、关节运动特点、减速器标准化制定、仿真平台建设等内容。

主要观点与关键信息

01 大型仿人机器人整机构型研究现状

(1) 大型仿人机器人机械概述

• 机器人主要由机械、控制和传感三部分组成，其中机械结构是基础。
• 机械部分按系统分为驱动系统和机械系统，按部位包括头、胸腔、手臂、手、腿和足等。

(2) 国外研究现状

• WABIAN-2R：身高1.54m，体重64kg，41自由度，步行速度1.8km/h。
• LOLA：身高1.8m，体重55kg，25自由度，行走速度3.6km/h。
• Digit：身高1.55m，体重55kg，最大行走速度5km/h，通过提升驱动器位置和增加弹性元件提升运动性能。
• DRC-HUBO：身高1.7m，体重70kg，32自由度，两种运动模式，最大行走速度1.8km/h。

(3) 国内研究现状

• GOROBOT-Ⅲ：身高1.58m，体重90kg，70自由度，具备多种复杂运动能力。
• 汇童机器人：第二代身高1.65m，体重65kg，自由度32，行走速度1.2km/h，具备摔倒后爬起、翻滚、行走和爬行能力。

(4) 整机构型的重要性

• 整机构型对运动性能有重要影响，如Lola机器人通过结构优化提升性能。
• 减少腿部重量和转动惯量有助于提升运动性能。
• 弹性机构可降低行走冲击力并提高能量储存效率。

02 优必选大型仿人机器人整机构型研究及应用

(1) 整机构型与伺服驱动器的关系

• 伺服驱动器可作为独立模块与整机连接，也可与整机结构融合。
• 整机构型直接影响伺服驱动器的布置和性能表现。

(2) 仿人机器人关节运动的特点

• 主要运动步态包括步行、疾跑和跳跃，具有仿生离散运动特征。
• 伺服驱动器需具备瞬时高功率输出、高能量利用效率和抗冲击能力。

(3) 仿人机器人伺服驱动器的类型

(4) Walker机器人的整机构型

• Walker机器人：身高1.45m，体重74kg，36自由度，行走速度2.0km/h。
• 采用36个高性能伺服关节，具备力觉、视觉、听觉和平衡等感知系统，可在家庭和办公场景中自由活动和服务。

(5) 减速器标准化制定

• 现有标准对回差指标未详细规定，2019年启动《精密减速器回差测试与评价》标准制定工作。
• 常用减速器包括精密行星减速器、谐波减速器和摆线减速器，其回差范围分别为：
  • 精密行星减速器：0.05-0.33 (3-20弧分)
  • 谐波减速器：0.0083-0.033 (0.5-2弧分)
  • 摆线减速器：0.0017-0.025 (1-1.5弧分)

(6) 仿真平台

• 仿真平台用于指导机械结构设计、电机选型、传感器布局、结构强度分析等。
• 通过多模块并行开发和场景化验证，缩短开发周期、降低成本、减少设计风险。
• 使用Webots等三维建模软件进行建模和仿真，实现机器人机械系统优化。

未来发展趋势

• 伺服驱动器与整机构型融合设计：提升整体性能与控制效率。
• 引入弹性元件：为电驱动伺服提供辅助力矩，缓冲地面冲击。
• 仿生学研究：借鉴人或动物的构型，推动新的机械构型设计。

优必选技术优势

• 优必选自主研发大型伺服驱动器，集成高密度无框力矩电机、双位置编码器、谐波减速器和高性能处理控制器。
• 采用多重安全监测和故障保护机制，软件上采用增强型伺服控制算法，提升机器人运行的安全性与稳定性。

总结

大型仿人机器人整机构型研究是实现其运动性能、灵活性与稳定性的关键。优必选在该领域取得了显著进展，通过融合伺服驱动器设计、引入弹性元件、标准化减速器等手段，提升了机器人的整体性能。同时，仿真平台的建立与优化也极大地提高了研发效率与可靠性。未来，随着仿生学和弹性驱动技术的发展，整机构型将进一步优化，以实现更自然、更智能的仿人机器人。