Robot hình người đại diện cho một trong những ứng dụng thách thức nhất đối với động cơ điện hệ thống, đòi hỏi sự cân bằng tối ưu về mật độ năng lượng, điều khiển chính xác và hiệu quả năng lượng. Hướng dẫn này cung cấp một khuôn khổ toàn diện để lựa chọn động cơ dựa trên yêu cầu chung cụ thể và xem xét tích hợp hệ thống tổng thể.
1.1 Yêu cầu về mật độ mô-men xoắn
Chi dưới: 5-10 Nm/kg (yêu cầu ở pha đứng)
Chi trên: 2-5 Nm/kg (nhiệm vụ thao tác)
Khả năng chịu tải dọc trục: Tối thiểu 3× trọng lượng cơ thể để hấp thụ va đập
1.2 Thông số kỹ thuật phản hồi động
Băng thông: >50Hz để kiểm soát cân bằng
Thời gian giải quyết:
Gia tốc: >100 rad/s² cho chuyển động động
1.3 Mục tiêu hiệu quả
Hiệu suất cao nhất: >92% đối với BLDC/PMSM
Hiệu suất hoạt động liên tục: >85% ở mức tải 30%
Khả năng phanh tái sinh để phục hồi năng lượng
2.1 Tùy chọn hiệu suất cao
BLDC vết thương tùy chỉnh: 12-15 Nm/kg (dẫn xuất của MIT Cheetah)
PMSM không khe cắm:
Động cơ bánh răng từ: Khuếch đại mô-men xoắn không phản ứng ngược
2.2 Giải pháp mới nổi
Động cơ từ thông hướng trục stato kép: giảm âm lượng 40%
Mô-đun tích hợp làm mát bằng chất lỏng: mô-men xoắn liên tục cao hơn 20%
Hệ thống bước-servo lai: Độ chính xác tiết kiệm chi phí
3.1 Lựa chọn hộp số tối ưu
Bánh răng sóng biến dạng: tỷ lệ 80-120: 1, không phản ứng ngược
Hộp số từ: Vận hành không cần bảo trì
Truyền động trực tiếp: Thiết kế không ổ trục cho các khớp nối nhỏ gọn
3.2 Chiến lược quản lý nhiệt
Vật liệu thay đổi pha cho tải cao điểm
Làm mát vi kênh trong cuộn dây stato
Hợp chất bầu dẫn nhiệt
4.1 Hệ thống vận động bằng hai chân
Boston Dynamics Atlas: Hỗn hợp thủy lực-điện
Tesla Optimus: truyền động hoàn toàn bằng điện 28 DoF
Honda ASIMO: Kiến trúc truyền động phân tán
4.2 Hệ thống con thao tác
Shadow Hand: Truyền động đàn hồi hàng loạt
Hệ thống tay cầm DLR: Ngón tay được điều khiển bằng mô-men xoắn
Bàn tay robot OpenAI: Thiết kế mô-đun chi phí thấp
5.1 Ma trận quyết định
Hiệu suất (trọng số 40%)
Độ tin cậy (30%)
Độ phức tạp tích hợp (20%)
Chi phí (10%)
5.2 Quá trình xác minh
Phân tích FEM về tính toàn vẹn cấu trúc
Mô hình nhiệt cho hoạt động liên tục
Mô phỏng động trong MATLAB/Simulink
Kết luận
các lựa chọn động cơ Quá trình chế tạo robot hình người đòi hỏi phải có sự kết hợp đa ngành tối ưu hóa về điện, cơ khí và điều khiển tên miền. Những phát triển trong tương lai về chất bán dẫn dải rộng và vật liệu từ tính tiên tiến hứa hẹn sẽ cải thiện hơn nữa tỷ lệ công suất trên trọng lượng và hiệu quả sử dụng năng lượng.
