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机器人行业深度系列：人形机器人硬件不断演进，新型执行器方向值得关注（34页）.pdf
举报与投诉【报告导读】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 MIT Cheetah 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 MIT Cheetah、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。
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