Varför är harmoniska robotledsaktuatorer och planetära robotledsaktuatorer de idealiska valen för över- respektive underlemmarna hos humanoida robotar?

Valet avrobotledsställdonför humanoida robotar är i grunden en exakt avvägning mellan funktionskrav, prestandakompromisser och kostnadskontroll. Bland dagens vanligaste lösningar prioriterasharmoniska ledsställdonvanligtvis för övre extremiteter, medanplanetväxelledsställdonföredras för nedre extremiteter. Denna kombination är inte slumpmässig, utan snarare den optimala lösningen som härletts ur de skilda rörelseegenskaperna hos över- och underkroppen. De differentierade metoder som används av företag som Unitree och UBTECH härrör också från specifika överväganden kopplade till deras produktpositionering.

Övre extremiteternas leder: precision och smidighet som kärnkrav

Det primära kravet för övre extremiteternas leder ärsmidighet och hög precision, vilket harmoniska ställdon är särskilt väl lämpade för att leverera. Harmoniska ställdon använder en våggenerator för att driva elastisk deformation av flexspline för ingreppsöverföring, vilket möjliggör ultrahög positioneringsnoggrannhet på mindre än 1 arcminute. Deras nästintill noll glapp gör att robotar kan utföra känsliga operationer som att greppa små föremål och utföra precisionsmonteringsuppgifter.

Dessutom har harmoniska ställdon en extremt kompakt och lätt konstruktion. Vid samma reduktionsförhållande är deras volym betydligt mindre än planetmodulernas, vilket effektivt minskar massan i de övre extremiteterna och optimerar robotens övergripande tyngdpunktsfördelning.

Data visar att harmoniska ställdon erbjuder utmärkt vridmomentsdensitet och uppnår 57.8 N·m/kg med en vikt på endast 0.84 kg, vilket gör dem idealiska för utrymmesbegränsade leder i övre extremiteter såsom axel, armbåge och handled som kräver högprecisionsrörelser. Deras begränsningar är dock också tydliga: elastisk deformation av flexspline leder till relativt låg slagtålighet, vilket gör dem mindre lämpliga för plötsliga tunga belastningar.

Nedre extremiteternas leder: stabilitet och bärförmåga som prioritet

Leder i de nedre extremiteterna ansvarar för stabil bärförmåga, vilket gör planetväxelställdon till det mer balanserade valet. Planetväxelställdon bygger på styvt ingrepp mellan solhjulet och planethjulen och uppnår transmissionseffektivitet på upp till 95–97%. Deras slagtålighet överträffar vida harmoniska modulers, vilket gör att de utan svårighet kan motstå markreaktionskrafter under tvåbent gång samt robotens egen vikt.

Det är värt att notera att även en enstegs planetreduceringslösning kan bära laster på hundratals kilogram och fullt ut uppfylla kraven för gång och lastbärning.

Lika viktigt är att planetväxelställdon erbjuder enastående kostnadseffektivitet. Kostnaden för en enstegsenhet är vanligtvis endast några hundra RMB, betydligt lägre än för harmoniska ställdon. Med en mogen inhemsk leveranskedja är planetväxelställdon väl lämpade för storskalig massproduktion. Dessutom har leder i de nedre extremiteterna i allmänhet mer installationsutrymme och kräver inte extrem kompakthet, vilket naturligt rymmer den relativt större storleken hos planetväxelställdon vid motsvarande reduktionsförhållanden.

Undantag: differentierade vägar drivna av produktpositionering

Det finns dock anmärkningsvärda undantag. De differentierade strategier som används av Unitree och UBTECH drivs främst av deras skilda produktpositionering.

Unitree fokuserar på små, lätta robotar. Deras G1-robot använder ett egenutvecklat planetväxelställdon som levererar momentant vridmoment på upp till 140 N·m inom en kompakt formfaktor, vilket gör det lämpligt för mycket dynamiska scenarier såsom löpning och hoppning. Detta tillvägagångssätt offrar en del positioneringsnoggrannhet i utbyte mot starkare slagtålighet och kostnadsfördelar.

I kontrast använder UBTECH:s Walker S1 harmoniska ställdon i alla leder och riktar sig mot industriella högprecisionsapplikationer. Med ett toppvridmoment på 250 N·m används strukturell förstärkning för att kompensera för de inneboende begränsningarna i harmoniska växlars slagtålighet, vilket möjliggör användning i scenarier med extremt höga krav på driftnoggrannhet.

Båda tillvägagångssätten visar att dessa företag, utifrån sina centrala tillämpningsscenarier, medvetet har övergett en generell konfiguration till förmån för högt kundanpassade ställdonslösningar.