ABB 3HAC14551-1/05A 整流驱动器

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ABB 3HAC14551-1/05A 整流驱动器
人形机器人时代将至，看好国内厂商切入**电机市场
	风起人形机器人，机器人电机市场蓄势待发
电机是机器人的关键组成部件之一，电机的扭矩、功率密度和转速等指标决定了机器人的性 能。机器人相关的电机可以分为伺服电机、直流电机、交流电机和步进电机，参考 Skyquest 数据，目前直流电机占比较高，而伺服电机增长较快，主要应用在工业机器人、CNC 系统对精 度要求较高的场合。
	我们认为机器人需要根据不同场景去使用对应的电机，工业机器人、服务机器人、协作机器人 等机器人根据应用场景不同，会选择不同电机。本文主要以工业机器人、协作机器人和人形机 器人为例，分析对应电机情况。
工业机器人：伺服电机系统是机器人“心脏”
	工业机器人指面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，在工业生产加工过程中通过自 动控制来代替人类执行某些单调、频繁和重复的长时间作业，主要包括焊接机器人、搬运机器 人、码垛机器人、包装机器人、喷涂机器人、切割机器人和净室机器人。工业机器人在机械结 构上有类似人类的行走、扭腰、大臂、小臂、手腕、爪子等部件，由计算机控制。工业机器人 广泛应用于电子、物流、化工等工业领域。按照机械机构分类，工业机器人可以分为线性机器 人（又叫直角坐标机器人）、多自由度机器人（又叫多关节机器人）、并联机器人（又叫 deltaΔ 机器人）和水平多关节机器人（又叫 scara 机器人）等。
	工业机器人对精度要求较高，一般使用伺服电机，伺服系统成本在机器人中的占比为 25%。伺 服系统作为工业机器人**零部件，可以将控制层指令准确、及时、稳妥地传送到执行层。
协作机器人：轻量化设计背景下，无框电机成**
	协作机器人追求轻量化、人机相互。协作机器人是在 SCARA 机器人以及垂直多关节机器人等机 械结构基础上衍生出的新类型。协作机器人除在外观形态上与传统工业机器人有些差别外，在 产品特性上也区别于传统工业机器人追求的“刚度”，协作机器人*多追求轻量化、柔性和安 全协作性。此外在结构特点、交互方式、部署成本以及应用场景等方面与传统工业机器人也存 在一定的差距。
	协作机器人具有紧凑小型化、轻量化特性，因此选择*加紧凑、**率的电机方案。协作机 器人与传统工业机器人在构造上有一定差异，协作机器人通常采用整体式的无框电机，采用关 节一体化技术。无框电机只由定子和转子两个部分组成，相较于传统电机，去除了轴、轴承和 外壳，使其体积*小、结构*紧凑，易于维护，并便于被高度集成到协作机器人本体的中空结 构内，从而提高其机械性能。除了伺服电机外，协作机器人通常还使用体积小、重量轻的谐波 减速机。我们认为随着未来机器人小型化的发展，协作机器人关节中狭窄的安装空间和末端力 矩的要求显著增高，对无框电机本身性能的挑战也不断提升。
人形机器人：全新市场带来新增量
	人形机器人运动离不开驱动器，目前驱动器方案可以分为刚性驱动、弹性驱动和准直驱。双 足人形机器人关节运动特点和人类关节运动类似，运动速度较快、机动性较好，因此相比其他 驱动器，人形机器人驱动器需要具有高功率密度、高响应性、高能量利用效率和耐冲击性等特 性。参考丁宏钰等的《国内外双足人形机器人驱动器研究综述》，目前人形机器人电动驱动器 方案可以分为三类：
1） 刚性驱动：1983 年，早稻田大学研究的 WL－10R 机器人使用刚性驱动器 TSA。自此双足 人形机器人开始广泛应用刚性驱动器为关节动力源。刚性驱动器主要由电机、高传动比减 速器、编码器、力矩传感器和控制板等组成（力矩传感器是可选择项）。相比其他方案， 刚性驱动较为成熟，但能量效率相对较低一些。
2） 弹性驱动：1995 年，麻省理工学院的 Pratt 等提出了弹性驱动器 SEA( series elastic actuator) 的概念。美国宇航局的机器人 Valkyrie 和意大利技术研究院的机器人 WalkMan 都使用了弹性驱动器。弹性驱动器通过增加弹性单元来模拟肌肉系统功能，可以缓冲 外部冲击和储能，使关节表现出柔顺、安全和高能量效率特性。但由于弹性元件引入，系 统变为欠驱动系统，因此运动控制精度较低。
3） 准直驱驱动：2016 提出了准直驱方案，准直驱驱动器含义是依靠驱动器电机开环力控，不 依赖于附加力或力矩传感器，就可以本体感知机器人脚部和外界的交互力，也被称为本体 驱动器。一般方案是采用电机加低传动比减速器的方案，同时要求负载质量和转动惯量尽 可能地小，这样可以实现高带宽力控和良好的抗冲击能力。准直驱驱动器主要由高扭矩密 度电机、低传动比减速器、编码器和控制板等组成。相比其他方案，运动控制系统较为复 杂。
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