Выбор приводов для суставов роботов для гуманоидных роботов — это, по сути, точное соответствие функциональным требованиям, компромисс между производительностью и контролем затрат. Среди современных популярных решений гармонические приводы обычно предпочитают для верхних конечностей, а планетарные приводы — для нижних. Такое сочетание не случайно, а является оптимальным решением, основанным на различиях в движениях верхней и нижней частей тела. Разные подходы компаний, таких как Unitree и UBTECH, также обусловлены специфическими соображениями, связанными с позиционированием их продуктов.

Суставы верхних конечностей: точность и ловкость как ключевые требования

Основное требование к суставам верхних конечностей — это ловкость и высокая точность, что особенно хорошо обеспечивают гармонические приводы. Гармонические приводы используют волновой генератор для приведения в движение упругой деформации гибкого колеса, обеспечивая передачу с ультравысокой точностью позиционирования — менее 1 угловой минуты. Их практически нулевой люфт позволяет роботам выполнять тонкие операции, такие как захват мелких предметов и выполнение точной сборки.

Кроме того, гармонические приводы отличаются чрезвычайно компактной и легкой конструкцией. При одинаковом передаточном отношении их объем значительно меньше, чем у планетарных модулей, что эффективно снижает массу верхних конечностей и оптимизирует общее распределение центра тяжести робота.

Данные показывают, что гармонические приводы обеспечивают отличную плотность крутящего момента — 57,8 Н·м/кг при весе всего 0,84 кг, что делает их идеальными для суставов верхних конечностей с ограниченным пространством, таких как плечо, локоть и запястье, где требуется высокая точность движений. Однако их ограничения также очевидны: упругая деформация гибкого колеса приводит к относительно низкой ударопрочности, что делает их менее подходящими для резких высоких нагрузок.

Суставы нижних конечностей: стабильность и несущая способность в приоритете

Суставы нижних конечностей отвечают за устойчивое восприятие нагрузки, что делает планетарные приводы более сбалансированным выбором. Планетарные приводы используют жесткое зацепление между солнечной и планетарными шестернями, обеспечивая КПД передачи до 95–97%. Их ударопрочность значительно превышает показатели гармонических модулей, что позволяет им легко выдерживать реакции опоры при двуногой ходьбе, а также собственный вес робота.

Примечательно, что даже одноступенчатое планетарное решение может выдерживать нагрузки в сотни килограммов, полностью удовлетворяя требованиям ходьбы и переноса грузов.

Не менее важно, что планетарные приводы обладают выдающейся экономической эффективностью. Стоимость одноступенчатого модуля обычно составляет всего несколько сотен юаней, что значительно ниже, чем у гармонических приводов. Благодаря зрелой внутренней цепочке поставок планетарные приводы хорошо подходят для крупносерийного производства. Кроме того, суставы нижних конечностей обычно имеют больше места для установки и не требуют предельной компактности, что естественным образом допускает относительно большие размеры планетарных приводов при одинаковом передаточном отношении.

Исключения: дифференцированные подходы, обусловленные позиционированием продукта

Однако есть и заметные исключения. Разные стратегии Unitree и UBTECH обусловлены прежде всего их уникальным позиционированием продуктов.

Unitree фокусируется на небольших и легких роботах. Его робот G1 использует самостоятельно разработанный планетарный привод, который обеспечивает мгновенный крутящий момент до 140 Н·м в компактном форм-факторе, что делает его подходящим для высокодинамичных сценариев, таких как бег и прыжки. Этот подход жертвует некоторой точностью позиционирования в обмен на более высокую ударопрочность и экономические преимущества.

В отличие от этого, Walker S1 от UBTECH использует гармонические приводы во всех суставах, ориентируясь на промышленные применения с высокой точностью. При пиковом крутящем моменте до 250 Н·м применяется структурное усиление для компенсации ограничений ударопрочности гармонических приводов, что позволяет использовать их в сценариях с экстремально высокими требованиями к точности операций.

Оба подхода показывают, что, исходя из ключевых сценариев применения, эти компании сознательно отказались от универсальной конфигурации в пользу высокоиндивидуализированных решений для приводов.