仿生机器人关节的设计与开发.pdf

1、仿生仿生机器人关节机器人关节的的设计设计与开发与开发 严伟灿仿生机器人关节的设计与开发卧龙电气驱动集团股份有限公司工信部特种电机材料生产应用示范平台2026年5月29日 杭州二、机器人关节的设计目录CONTENTS一、机器人关节的要求三、机器人关节的开发 Wolong Electric Group Co.,Ltd.机器人关节的要求AI+机器人 Wolong Electric Group Co.,Ltd.智能化快速迭代商业化“巧手”升级：提高执行与交互。高自由度+高传感+柔性驱动+高稳定性+高可靠性灵巧手“大脑”升级：提高理解与决策。自动驾驶+AI赋能；低成本能力：商业化落地挑战和降本产业化关键

2、。进化降本 Wolong Electric Group Co.,Ltd.人形机器人核心零部件 Wolong Electric Group Co.,Ltd.运动功能定位扭矩要求控制性能其他要求踝关节俯仰、滚转地面交互关节。最大冲击载荷、极高动态响应额定扭矩要求高高刚度抗冲击能力、轴承承载高、防护要求高膝关节屈伸承载体重关节。力矩重量比高大扭矩要求、中高扭矩要求高高刚度抗摔要求高、安全冗余（失电制动）髋关节俯仰、偏航、滚转控制步态轨迹和身体姿态的核心关节。运动范围大、速度快扭矩波动要求高角速度要求高肩关节俯仰、偏航、滚转支撑手臂重量及负载关节。大范围、高速度的摆动与旋转峰值扭矩高、高负载高刚度回差

3、要求高、承载能力高、安全冗余（失电制动）肘关节屈伸连接大臂与小臂。足够的力矩举负载，保持低惯量实现快速动作。力矩重量比高。扭矩波动要求高角速度要求高、精度要求高抗冲击能力腕关节俯仰、偏航、滚转连接末端执行器。极高的控制精度、实现精细操作的关键。额定扭矩较小、低摩擦扭矩分辨率高、扭矩带宽高、精度要求高力传感要求、高防护 Wolong Electric Group Co.,Ltd.通用关节模组（中小型机器狗）高爆发关节模组（人形：腰部以下&大型机器狗）高精度关节模组（人形：上肢与头部）减速器轴承电机驱动器-高扭矩密度-快速响应-高精度定位-低齿隙-低振动、低噪音-高精度-高刚性-低摩擦-快速响应-

4、耐磨损-小型轻量化-良好的密封性-高精度（绝对精度&重复定位精度）-高传动效率-大传动比-小体积、轻量化-高承载力-良好的抗冲击和振动性能-长寿命和高可靠性-低噪声编码器-高功率密度-快速响应-高精度控制-体积小、重量轻-可靠性、稳定性-能效高-具备安全保护功能-高分辨率-低测量误差-快速响应-高刷新率-抗干扰能力强-耐恶劣环境-小体积、轻重量-高速通信二、机器人关节的设计目录CONTENTS一、机器人关节的要求三、机器人关节的开发 Wolong Electric Group Co.,Ltd.机器人关节的设计_性能GB/T 43200-2023GB/T 43200-2023机器人一体化关节性能

5、及试验方法机器人一体化关节性能及试验方法机械性能1反向启动转矩2许用弯矩载荷3启停允许转矩4转动惯量5机械刚度6背隙7伺服静刚度8额定静制动转矩9额定动制动转矩10 安全转矩关断电气性能1额定功率2额定转速3额定转矩4效率5允许最高转速6瞬时最大转矩7转矩常数8转矩密度9功率密度控制性能1绝对定位精度2重复定位精度3转矩控制精度4正阶跃输入位置响应时间5负阶跃输入位置响应时间6正阶跃输入转速响应时间7负阶跃输人转速响应时间8正阶跃输入转矩响应时间9负阶跃输入转矩响应时间10 位置频带宽度11 转速频带宽度12 转矩频带宽度13 旋转角度范围14 转速波动系数15 转矩波动系数其他性能1振动2冲

6、击3噪声 Wolong Electric Group Co.,Ltd.德国宇航中心（DLR）2003 年轻量化机械臂（LWR-III）中使用的关节：基于模块化的高度集成的一体化关节，内部集成了电机、减速器、抱闸、位置反馈编码器、力矩传感器和专门的驱控系统，可以完成包括位置控制在内的多种模式控制，重量为 2 kg。Wolong Electric Group Co.,Ltd.机器人关节的设计_组成 Wolong Electric Group Co.,Ltd.机器人关节的设计_电机电机质量特性：电机的齿槽转矩、转矩波动、谐波、感应电动势、噪声与振动、温升等参数决定。电机物理特性：影响电机运行状态和加