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>> 申万宏源-机器人行业深度系列之14:人形机器人硬件不断演进,新型执行器方向值得关注-231201
上传日期:   2023/12/3 大小:   2015KB
格式:   pdf  共34页 来源:   申万宏源
评级:   推荐 作者:   刘建伟,王珂,李蕾
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关节执行器是机器人硬件的创新和优化迭代的关键环节。关节执行器是足式机器人实现运动的核心部件,类似于人类的“四肢关节”,同时占据了机器人的大部分重量,其性能不仅直接影响机器人关节的输出能力,也决定了机器人系统的动态性能上限,因此一直是机器人硬件研究的重点,学术界执行器研究经历了从刚性驱动器到弹性驱动器、再到半直驱驱动器的演进过程。
  半直驱执行器(QDD)适应足式机器人的高动态响应要求,是近年来新兴的执行器技术。半直驱电机(Quasi Direct Drive)简称QDD,最早通过MITCheetah四足机器人进入大众的视线,也称本体驱动器(Proprioceptive Actuator)。半直驱驱动器的原理和其他执行器类似,但结构略有区别,其核心部件包括:驱动器、无框力矩电机、行星减速器、位置编码器、轴承、热管理等。
  半直驱执行器优势在于:一定的扭矩输出能力+可靠精确的电流环力反馈能力+高动态力控响应能力。半直驱电机特点包括:1)低减速比减速器,使转动惯量尽可能地小,力和扭矩更可控,驱动器可以承受更高的冲击并允许高度动态的行为;2)电流环力反馈:由于减速比小,因此直接使用电机的电流环和相应的减速比,就能得到驱动器端的输出扭矩,节省了力传感器的成本;3)电机扭矩大,直径大,轴向长度低,从而实现一定的负载能力;4)外转子+内嵌式减速机,充分利用轴向空间,形成紧凑的扁平机构。
  半直驱执行器的应用从四足机器人延伸至人形机器人。四足机器人要求有较强的运动能力、高频动态响应能力、精确力反馈能力和低成本实现能力,半直驱电机最满足要求,因此成为四足机器人的主流方案,在MITCheetah、宇树科技、小米CyberDog等四足机器人上广泛使用。人形机器人已发展至实际应用阶段,降低重量、提高输出能力、改善动态性能成为研究重点,执行器向更大扭矩密度和功率密度方向迭代,UCLA的RoMeLa实验室在成人行机器人ARTEMIS和小型机器人Bruce上应用,机器人均展现出极强的运动能力。
  建议关注电机、减速机和热管理三个方向。半直驱执行器相比传统执行器在动态响应能力改善明显,未来有望成为人形机器人的主流技术路线之一。若未来人形机器人实现大规模应用,产业链中具有相关核心技术的公司将率先受益。建议关注三个方向:1)无框电机:在低减速比前提下,电机成为输出扭矩的核心部件,技术难度和价值量提升,相关标的:步科股份、江苏雷利、汇川技术、禾川科技、卧龙电驱、伟创电气、雷赛智能;2)减速机:QDD执行器边际变化主要在于减速器,采用低减速比的行星减速器或其变种结构,相关标的:双环传动、中大力德、国茂股份、精锻科技;3)热管理:QDD散热提高,热管理重要性提升,相关标的:三花智控、银轮股份。
  风险提示:人形机器人商业化进程不及预期、执行器迭代不及预期、宏观经济波动、制造业投资不及预期。
  
 
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