準直驅

準直驅,全稱準直驅驅動器(Quasi-Direct Drive,簡稱QDD),亦稱本體驅動器(Proprioceptive Actuator),是機器人領域的一種關節執行器技術。其概念於2016年由Wensing等人提出,並套用於四足機器人Cheetah等平台。該技術採用“高轉矩密度電機+低傳動比減速器”的構成方案,無需額外的力/力矩感測器,僅通過電流環開環力控即可感知機器人與外界的互動力,因此也被稱為“本體驅動器”或“PA (proprioceptive actuator)”。準直驅執行器主要由高扭矩密度電機、低傳動比減速器、編碼器和控制板等核心部件組成。

該技術是機器人驅動器從剛性大減速比驅動向更高性能方向演進的結果,經歷了從剛性大減速比驅動到彈性串聯驅動器,再到準直驅的演進過程。目前,準直驅方案因其高力控頻寬、良好的抗衝擊能力及較低成本,在四足機器人領域被廣泛套用,例如MIT的Cheetah系列和宇樹科技的A1。同時,該技術也在向人形機器人關節微型化方向發展,並出現了本末科技P1010A等一體化關節模組產品。2026年,在CES展會上,採用全棧自研QDD微型準直驅關節技術的全身力控小尺寸人形機器人“啟元Q1”被展示。

基本介紹

  • 全稱:準直驅驅動器
  • 別名:本體驅動器
  • 套用領域:四足機器人
    人形機器人
  • 提出時間:2016年
  • 提出者:Wensing等人
  • 英文簡稱:QDD
技術原理與定義,核心構成,發展歷程,

技術原理與定義

準直驅(Quasi Direct Drive,簡稱QDD或PDD)是一種機器人領域的新型執行器技術。其含義為不依賴額外的力或力矩感測器,僅依靠驅動器對電機的開環力控即可感知機器人與外界的互動力,因此也被稱為“本體驅動器”或“PA (proprioceptive actuator)”。
其技術方案通常採用“低轉速、大力矩電機+低傳動比減速機”或“高轉矩密度電機+低減速比減速器”的組合。這種組合旨在實現高頻寬力控、高動態回響和良好的抗衝擊能力。
準直驅是機器人關節驅動器發展歷程中的一個重要階段,經歷了從剛性大減速比驅動到彈性串聯驅動器,再到準直驅的演進。它旨在一定程度上兼顧直驅電機的動態性能和傳統高減速比驅動的高扭矩輸出優點。

核心構成

準直驅執行器主要由高扭矩密度電機、低傳動比減速器、編碼器和控制板等核心部件組成。所用電機需要非常大的扭矩密度與扭矩慣性比,常用無刷直流電機。準直驅執行器採用低減速比減速器,如9:1或10:1的行星減速器,原因是其透明度高,非線性誤差和靜摩擦力較小。常採用雙編碼器方案以解決回零位問題,並提供高精度位置反饋,如15bit解析度。控制器的核心是控制晶片,如MCU、FPGA、DSP,負責實現高頻寬的電流環控制算法。

發展歷程

準直驅驅動器技術的發展,經歷了從剛性大減速比驅動到彈性串聯驅動器,再到準直驅驅動器的演進過程。2016年,Wensing等人正式提出了準直驅驅動器(Proprioceptive Actuator,亦稱本體驅動器)的概念。該概念率先套用於麻省理工學院(MIT)的四足機器人Cheetah和雙足機器人Hermes中。此後,準直驅驅動器在四足機器人領域得到廣泛套用,成為該領域的主流技術方案之一。近年來,準直驅技術持續向微型化、更高扭矩密度方向發展,並開始套用於小型化或特定設計的人形機器人。例如,通過材料、結構與控制算法的創新,成功將QDD關節尺寸大幅縮小,並套用於小尺寸人形機器人。

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