【廣發機械】人形機器人專家會議，解讀旋轉關節方案之爭

1.#剛性關節和准直驅關節爲主流的旋轉關節路线，各有利弊。當前的三個旋轉方案，分別是80年代的剛性關節、90年代的彈性關節和2016年MIT提出的准直驅關節。其中，剛性關節是最爲傳統的雙足機器人關節，優點是扭矩密度高、控制框架穩定，缺點是輸出轉速低。准直驅關節，優點是功率高、不需要傳感器（可以用電機電流判斷力矩），通過電流直接做力矩控制，價格上有優勢，劣勢是控制難度增加、同時外徑增加、末端精度更差。彈性關節，整體用得較少。

2.#人形更多採用帶諧波的剛性關節方案，例如特斯拉。本田Asimo、特斯拉、小米都採用了諧波的剛性關節，僅美國Digit公司用的剛性關節、但關節裏用的是擺线針輪減速器。准直驅在人形的案例較少，控制方面還不成熟，需要一定的技術突破——達闥過去的機器人是輪式，現在在嘗試准直驅關節，還有一些高校機器人（UCLA、浙江大學）採用了准直驅關節。

3.#未來方案替代性？需要時間進行控制技術的積澱。剛性關節積累了更多的控制經驗、更加穩定成熟，新進入者更偏好採用（例如特斯拉）；而准直驅關節的控制體系較新，採用的是力位混合控制，根據電流進行力矩控制，專家猜測技術探索至少需要5年時間。准直驅關節可能替代預留空間較大的關節部位（腰部、髖部、肩部等）。同時剛性關節採用的是諧波減速器，末端精度較高，預計准直驅僅用於替換精度要求相對較低的場景。

4.#關節構成

剛性關節：力矩無框電機+高傳動比減速器（多用諧波、很少用擺线針輪）+力傳感器+【剎車+力矩傳感器】（可選），特斯拉的旋轉關節包括了剎車和力矩傳感器。

彈性關節：串聯式是力矩無框電機+諧波減速器+彈性編碼器；並聯式是在剛性關節上加上了儲能單元，形式比較多樣。

准直驅關節：外轉子力矩電機+一級/二級行星減速器+1個力編碼器，無力矩傳感器，結構比較簡單。

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