职业生涯 新闻处 集团国际采购部
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凭借高性能电机、紧凑型减速箱及高分辨率传感器,FAULHABER为先进机械手和仿生手筑牢了技术根基。那么,如何才能研发出不会产生异物感、而是能够自然融入日常生活的人造手呢?要打造功能完善、操作直观且以人为本的产品,需要满足哪些要求、克服哪些挑战并运用哪些专业技术?

Tiziano Bordonzotti是FAULHABER的区域销售经理,从事全球销售工作近30年。他在驱动技术和技术支持方面积累了丰富经验,并参与和支持了众多项目。在本次访谈中,他分享了自己的专业见解。

FAULHABER 的照片 Tiziano Bordonzotti
蒂齐亚诺·博尔东佐蒂,FAULHABER 区域销售经理

为了让机械手运行精准可靠,电机和减速箱等驱动系统需要满足哪些要求?

机械手需要满足的要求非常多,因为其必须在极其有限的安装空间内实现高精度、高动态性能,同时还要完成可靠的运动。其中最重要的特性之一是在高速条件下具备高转矩密度。电机和减速箱必须在不增加重量和体积的同时提供足够的动力。而高精度和低回差与此密切相关,因为哪怕是极微小的误差也会直接影响抓取性能、重复性及精细运动控制。此外,高效率和低发热同样至关重要。由于驱动系统通常布置紧凑且持续运行,因此几乎不允许产生任何余热积聚。这不仅有助于保护部件,还能提升系统效率并延长电池寿命。

为满足长期使用的要求,驱动系统还必须耐用耐磨。机械手通常每天需执行数千次抓取动作,有时还需在不同负载条件下运行。因此,具备在变动负载下仍能可靠运行的稳健设计至关重要。在电动仿生手领域,采用标准IP‑防护等级解决方案的趋势日益明显。这需要手部装置具备密封结构,并在灰尘、水等环境影响下依然可靠运行。 

低噪音是另一个关键因素。低噪运行有助于大幅提升运动的自然效果。此外,为实现高灵敏度和动态运动,还需要具备快速响应能力和高控制带宽。只有这样,才能快速适应不同物体和工况。同时,尺寸和重量同样具有决定性意义。驱动系统必须尽可能采用紧凑性和轻量化设计。现代驱动系统还必须支持传感器的无缝集成,例如用于位置、力或转矩反馈的传感器。只有驱动、减速箱与传感器之间协同配合,才能实现高精度控制与强大功能。

总体而言,正是驱动系统在极小空间内实现的高精度、高效率、高动态、高可靠性,成为现代机械手成功的核心关键。

在有限的安装空间内,如何同时集成高性能与高能效驱动系统?

这是现代仿生手和机械手研发中的核心难题之一。在可用空间极其有限的情况下,对性能、精度和效率的要求却不断提升。

我们近期中标的一个假肢项目充分展现了当前技术所能实现的水平。整个手部结构高度紧凑,所有可用空间均得到了充分利用。这得益于具有高功率重量比的电机及驱动部件,以及精心设计的机械集成设计。在设计之初,就必须兼顾性能、效率与尺寸,单一的优化无法满足此类系统的需求。

蓝色背景上带有用于手部运动电机的机器人手示意图

在相关项目中,是否有某些特定的电机类型或减速箱方案表现特别优异?如果有,其原因是什么?

当前行业很明显正在从传统有刷直流电机无刷电机转型。无刷电机不仅效率更高、使用寿命更长,还更适合高动态、高负载应用。这正好满足现代机械手的需求。同时,具备高承载能力且结构极为紧凑的减速箱方案同样具有决定性作用。在多个项目中,我们与客户联合开发了针对高承载和机械动力传输的定制解决方案,部分方案已获得专利。微型化趋势也日趋明显:过去驱动单元直径通常可达15 mm,而如今的解决方案通常在8至12 mm的范围内,但性能大幅提升。

在假肢或人形机器人中,驱动系统的降噪有多重要?它在技术上如何实现?

对于需要与人类近距离交互的假肢和人形机器人而言,降噪是核心刚需。噪声过大的驱动系统容易让人感到不自然甚至不适。虽然噪声源于电机本身,但机械耦合设计不佳、减速箱结构或材料选择不当往往会放大噪声。系统动态性能的提升带来了新的挑战:转速和运动速度越高,固有噪声水平也越高。

从技术上看,这只能通过整体驱动方案来解决:采用低噪电机、精密减速箱、优化轴承以及合理的机械集成。只有这些因素协同配合,才能实现平稳运行,让手部动作更自然、更贴近人体真实状态。

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