主流三种驱动器方案特点简介

news2024/11/26 15:46:57

三种执行器原理相似，但在结构和部件上略有区别，因此在精度、响应速度等指标上呈现不同效果：

（1）TSA（刚性驱动器）：常规高速电机+高传动比减速机+高刚度力矩传感器，减速机通常使用谐波减速机，因其减速比高、重量轻、紧凑高效，力矩传感器放置于关节末端进行感知控制。
（2）SEA（弹性驱动器）：常规电机+高传动比减速机+基于编码器的弹性体，在刚性驱动器的基础上，在输出端串联或并联弹性体实现抗冲击性。
（3）QDD（半直驱驱动器）：高扭矩密度电机＋低传动比减速机，常采用低转速大扭矩的扁平化的力矩电机和低传动比且结构紧凑的行星齿轮减速机，输出端的惯量较小，同时，电流可以作为力矩的测量方式，因而不需要配置力矩传感器。

目前主流三种驱动器方案在不同的性能指标上的表现各有优劣：

1）刚性驱动器的优势在于：传动比大，转速低，扭矩密度高，力量控制精准。但由于运动量大，解决不了机器人受外部冲击时零部件强度问题，只能适用于缓慢且相对静态的运动，为了解决这一问题，弹性驱动器方案应运而生
2）彈性驱动器在刚性驱动器的基础上，设置弹性零件实现防冲击保护使关节表现出柔顺全、高能量效率、强抗冲击性的特性。但是较低的刚度会影响带宽，进而降低响应速度并增加控制难度
3）半直驱驱动器在动态机器人上的表现优异，具备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。半直驱驱动器具有高功率密度，大力控带宽，并且由于具有反驱持性。抗冲击能力强，安全性高·弹性驱动器机械性能上的中击和储能在本体驱动器方的电机控制层面都能实现，且半直驱驱动器更为高效并具有更强的爆发力·此外，QDD因其所用的低传动比减速机价格低于刚性高传动比减速机，且不需要额外传感器进行力矩控制，在价格上具有优势。

半直驱驱动器（Quasi Direct Drive）简称 QDD，最早通过 MIT Cheetah 四足机器人进入大众的视线。
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半直驱驱动器作为旋转执行器的类型之一，主要由驱动器、无框电机、行星减速器等部件构成。参考论文《A Low Cost Modular Actuator for Dynamic Robots》中 MIT 猎豹四足机器人 QDD 的组成结构，半直驱驱动器的组成部分包括：控制器（包括直流电源、 CAN 总线等）、无框力矩电机（转子、定子）、行星减速器（包括太阳轮、行星架、行星轮、行星滚针轴承、输出引脚）、轴承和前后盖等。

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