在人形机器人的发展趋势中,人形机器人逐渐从样机验证走向工程化落地。而自由度的增加和任务复杂程度的提升,驱动系统的选择变得尤为关键。
空心杯电机与无框力矩电机因其特定性能优势,正被越来越多地应用于不同关节。但两类电机的物理特性不同,适用场景也存在差异。
在实际应用搭配中,若未结合关节任务需求进行系统评估,可能带来额外的权衡。今天,我们不定义“正确”方案,而是从结构、负载、控制和制造角度,梳理两类电机的搭配逻辑,供参考。
两类电机的技术特性对比
空心杯电机采用无铁芯转子结构,惯量低、响应快、且无齿槽效应,力矩输出平稳。这些特性使其在手指、眼球或颈部等需要高频启停和精细力控的关节中表现出潜力。
但由于其持续输出能力有限,在手腕或肘部等需带动较大负载的场景中,可能面临温升加快、推力波动等问题。若为此额外增加减速机构,有可能抵消其高动态响应的优势,反而增加了系统复杂性。
相比之下,无框力矩电机将定子与转子分离,便于直接集成到关节中,实现紧凑布局和高扭矩直驱。这类电机通常更适合肩、髋、膝等大负载关节。但在像手指这类末端小关节使用时,其体积和重量可能成为限制因素。
末端质量的增加会向上游传递,导致手腕乃至整臂的惯量上升,动态响应变慢,动作的自然性可能下降。局部性能的提升,并不必然带来整体表现的优化。
在人形机器人中,通常需多个电机同时工作,比如五指抓握物体。若各电机的推力常数或响应速度存在偏差,就可能出现抓力不均、控制精度下降的情况。这种偏差往往不是来自设计图纸,而是源于制造过程中的细微波动,如绕线张力不稳定、匝数控制不一致、装配气隙存在偏差等。
在高自由度的系统中,单个电机的微小差异,可能通过控制环路被放大而影响整机的稳定性和可靠性。
因此,选择哪类电机,关键在于是否匹配关节的负载特性、运动频率、空间限制、控制要求等都需要纳入考量。对于高频启停、轻载精细操作的场景中,空心杯电机可能更具优势;而大扭矩、中低速运行的关节,无框力矩电机或许更为适合。而最终方案,往往是性能、结构、控制与可制造性间的综合权衡。
合利士不设计电机,也不会决定人形机器人的整体架构。但我们服务于对电机性能一致性要求较高的领域。因为我们看到,再精密的设计,也需要通过稳定的制造过程来实现。如绕线张力、匝数精度、装配气隙,这些工艺参数的微小波动,可能影响电机的推力输出、温升表现和动态响应。
也正因如此,我们专注于电机智能装备的研发与生产,帮助客户实现高精度、高稳定性、高一致性的装配过程。如果您正在为人形机器人探索驱动方案或高性能电机的可制造性与量产可行性,欢迎访问合利士或预约一次线下技术沟通,让我们从 “如何让每台电机都可靠”开始。