“首先， 我们选择了超薄外转子电机， 这种电机可以做得很扁平， 以前应用领域比较小， 没有大规模生产， 但我们通过研究发现它的扁平化特征很适合用来做集成的执行器 。 ”朱梓鸣说 。
在搞定合适的电机后， 研发团队又根据电机特性研发出高度匹配的驱动器、编码器等器件 。
举个例子， 通用的传统工业伺服驱动器适用于很多种电机， 但多数情况下会有冗余 。 “我们为选定的电机研发了特定的驱动器， 减少了冗余 。 ”朱梓鸣说， “所以我们这几年一直在做的一件事， 就是不停调整摸索这几个元器件的关系， 琢磨怎么让它们在尽量小的空间里互相配合， 发挥更大作用 。 ”
最终， SCA实现了在同样性能下体积只有传统伺服系统的十分之一 。 更为重要的是， 我国机器人领域电机、减速器等核心元部件受制于人的状况或将发生一些改变 。 众所周知， 精密减速器、控制器以及伺服电机等机器人核心零部件一直被国外几家大公司垄断， 国内企业尚不具备核心零部件自产能力 。 核心部件受制于人的后果是， 不仅价格下不来， 利润微薄， 且供货周期长 。
“我们前几年曾经向一家国际知名的厂商订购了60多万元的电机， 这个量在别人那属于特别小的， 所以不可能有议价空间， 而且起码要等几个月 。 ”朱梓鸣说， 这种情况对于国内机器人厂商来说是常态 。
“由于我们是从电机、驱动器等做起， 所有核心技术都自己掌握， 因此再也不会像以前那么被动， 而且我们给国内外客户的供货速度非常快 。 ”朱梓鸣表示 。
降低硬件成本推动整个产业发展
以SCA为基础， 研发团队正在开发适用于不同机器人的柔性关节， 其中包括专为四足机器人量身定制的柔性关节， 以及SCA的复合材料版等 。
据业内专家介绍， 四足机器人需要完成站立、走动、弹跳、负载等动作， 甚至在不同路面环境中完成相应任务， 因而其对执行器的要求更加严苛 。
一般来说， 四足机器人要求执行器具有扭矩密度大、功率密度大、控制系统高度集成、柔性控制等特性 。 为了满足四足机器人对扭矩的需求， INNFOS研发团队将减速器内嵌其中， 在增加扭矩的同时， 保证了紧凑的机械机构 。 同时， 减速器的嵌入， 让该执行器在整机质量453.1克的情况下， 峰值扭矩达19.8牛顿米， 也使得其扭矩密度大幅提高， 更符合四足机器人对扭矩和扭矩密度的需求 。 “我们通过电流环， 可以低成本的实现力控 。 与此同时， 我们运用准直驱技术， 以很小的减速比配上大扭矩密度的电机， 便可以做到在低成本、高产量的情况下实现力控 。 ”朱梓鸣介绍道 。
柔性控制是机器人类产品中必不可少的特性 。 研发人员在执行器内部增加了一系列感知元件， 配合处理器来监视内部电流的状态， 最后在高级动力学算法的支撑下可实现执行器的柔性技术， 做到真正安全实用的人机交互 。
该团队发布的SCA复合材料版则将柔性关节的价格降到千元以内 。 “该技术中所有的动力系统和标准版一样， 我们降低成本的秘诀在于使用了散热、精度都很好， 但成本较低的复合材料 。 ”朱梓鸣透露 。
同时， 执行器内部内置一颗高性能多核浮点运算处理器， 专门用来处理电机的运转数据， 可以实现实时的高精度控制 。
几百元的柔性关节对于服务机器人的发展意义深远 。 “硬件成本的大幅降低无疑会推动整个产业的发展， 尤其是在教育、研发领域的普及 。 ”朱梓鸣认为 。
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