04机器人关节的关键配角

在了解机器人关节用哪种电机之前，我们需要认识一个关键配角—减速器。它专门负责把电机的高速旋转，转换成干活需要的低速大力气。我们身边的电动玩具车、榨汁机里边也藏着减速器。

减速器在自动化设备中扮演着主要传动部件的角色，其主要功能包括降速增扭（将电机的高速旋转转化为设备所需的低速运动，同时放大扭矩）、精准控制（通过高精度齿轮啮合或伺服电机配合，实现转速、位置的高精度调节）和调节运动方向（通过齿轮、蜗轮蜗杆等传动结构，改变输入轴与输出轴的运动方向）。

但机器人关节使用的电机并不是简单的“转一转”或者“吹吹风”，它的性格特点更需要像人一样运动，例如快速躲开障碍物、捏住鸡蛋不碎……普通的减速器+电机分体式结构螺丝会松动，无法承受高强度扭动。

05为什么需要特殊电机？

放在机器人关节里还要考虑体积小、能量损耗低、效率高……要能塞进胳膊粗细的关节里就需要把电机和减速器、控制器塞进一个“小罐头”，变成关节模组。

智能机器人的各种运动都是通过微电机来实现的，机器人的动力核心部件就是控制器、电机。智能机器人微电机的硬性要求就是扭力大、转速低、体积小，所以需要用到微型减速电机。

对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器（手爪）应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。

06机器人关节常用哪种性格的电机？

基于以上特点，机器人关节常采用减速器搭配高扭矩伺服电机，这种电机具有高精度定位（知道机器人走到哪里并会向大脑报备）、响应快（频繁启停）、抗过载能力强（急停）、低速稳定性（支持平稳行走）特点。

常用的微电机类型主要有无刷直流电机、有刷直流电机和步进电机。

有刷直流电机在微型直流电机中是最具有代表性的，具有性价比高、运行平稳、调速方便、成本低等优点，但是相比其他类型的微电机效率较低、寿命不长的劣势，一般应用于一些家用机器人当中，如扫地机器人、教育机器人、玩具机器人等。

步进电机在小型的机器人应用当中会出现体积大、力矩不大，容易失步的问题，在小型机器人关节当中不会用到。

无刷直流电机与无铁芯电机体积小、重量轻、效率高、使用寿命长，在小型智能机器人当中应用较多，但是成本高、控制复杂，如考虑到成本问题，可选择有刷直流电机。

近年来，无框力矩电机已成为机器人关节的主流方案。它只有转子、定子两个部件，没有轴承、外壳，可直接集成于关节执行器，占用空间更少。

07机器人关节模组

机器人关节模组，也称为执行器，负责驱动和控制机器人各个关节和部件的运动，分为旋转执行器、线性执行器两大类。

旋转执行器由无框力矩电机、减速器、力矩传感器、编码器、轴承构成。它将电机输出的高速低扭转化为低速高扭运动，主要用于肩、髋、腕、头部。

线性执行器由无框力矩电机、滚柱丝杠、力矩传感器、编码器、轴承构成。它将电机输出的旋转运动转化为伸缩式直线运动，主要用于腕、肘、髋、膝、踝。

从价值量来看，执行器占到人形机器人零部件价值量的一半以上。

谐波减速器是旋转执行器的核心部件之一，它体积小，结构简单，减速比高，传动精度高。全球市场集中度较高，日本哈默纳科一家独大，全球市场份额约80%。国内厂商包括绿的谐波、汉宇集团等。

08高度集成化与智能化

随着机器人技术的不断发展，机器人关节电机也在向高度集成化和智能化方向发展。

一种高集成度电驱动关节将电机和减速器、驱动器视为一个整体结构进行设计，实现了有限空间的高效率利用及关节的高集成度构型，解决了传统关节承载能力不高、体积过大、精度低、运动不平稳等问题。

这种高度集成的设计使得电驱动关节具有结构紧凑、通用性强和可快速重构的优点。

轴向磁通电机等新型电机技术也在机器人关节中得到应用，它可有效利用该电机结构在转轴中心出的结构空隙，可将一级减速器、散热叶片做集成设计，大大提高了集成度和功率密度。

09机器人关节电机的精准世界

机器人关节电机的选择是一个综合考虑扭矩、转速、精度、体积、成本和可靠性的过程。从有刷电机到无刷电机，从步进电机到伺服电机，从分体式设计到高度集成的关节模组，技术的发展不断推动着机器人性能的提升。

随着新材料、新工艺和智能控制算法的应用，未来的机器人关节电机将会更加精密、高效和智能，为机器人带来更灵活、更精准的运动能力，让机器人在更多领域替代人类完成复杂任务。

无论是工业机器人还是服务机器人，其关节电机的技术进步都将为我们打开一个全新的自动化世界，让我们期待更多惊人的发展！返回搜狐，查看更多