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近日,波士顿动力正式宣告其研发的液压驱动双足人形机器人Atlas退役。但在发布不到24个小时内,波士顿动力全电动Atlas机器人就正式亮相。作为全球机器人行业的先驱者和技术标杆,波士顿动力的这一举动备受行业关注。
液压驱动Atlas机器人退役的原因可能是其液压驱动路线已无法跟上快速崛起的AI浪潮需求:液压驱动虽然爆发力更强,但方案僵硬且成本高昂,而电机驱动不仅成本较低,近年来其功率密度和力矩密度也在全面提高。如今,许多新一代仿人机器人都采用电机驱动。业内普遍认为,波士顿动力弃“液”转“电”,既是对成本的考虑,也彰显了其在通用场景下大展宏图的雄心。
液压驱动及电机驱动的优劣势
1、液压驱动
液压系统通过液体压缩泵产生高压液体,将液压能转化成机械能,进而驱动工作结构。这种系统相较于其他传动方式(尤其是电机驱动系统)具有以下关键优势:
高扭矩密度: 液压系统能够提供高扭矩输出,适用于重载应用。
高力矩输出: 能在紧凑体积内产生巨大力量,满足高负载操作需求。
然而,液压系统在机器人应用中的缺点也十分明显:
能量综合利用效率不高: 液压系统整体能量效率低。
系统复杂且维护成本高: 零件数量多,失效率累积导致系统可靠性难以保证,且需要频繁维护。
响应速度有限: 由于复杂的机械泵阀和伺服电机系统,综合响应速度较慢。
生产成本高昂: 高度集成的液压执行器制造和维护成本极高。
维护复杂: 液压系统复杂性高,需专门团队维护,且容易出现漏油等问题。
2、电机驱动
电机驱动系统通过电动机直接驱动负载,无需液压传动。其主要优势包括:
安静、快速响应: 电机系统通常更安静且响应更快。
精确控制: 适合精细控制动作,执行高精度和敏捷性任务。
节能: 电机驱动更节能,降低运营成本和环境影响。
灵活性高: 电机驱动系统设计灵活,可快速原型和部署。
尽管电机驱动在传统上力矩和功率密度较液压驱动低,但近年来电机技术进步显著,尤其在直驱和准直驱方面取得了突破性进展。这些创新技术预示着在新的技术框架下,电机驱动的劣势将逐渐得到弥补甚至超越。
波士顿动力的战略转向
波士顿动力公司这些年来一直明确地追求商业化。复杂的液压机器人虽然功能强大,但成本高昂,难以实现商业化和产品化。相对而言,电机驱动方案在多家机器人产品上成功应用,表现出色。从技术角度来看,波士顿动力此次放弃液压驱动,全面拥抱电机驱动,为行业带来了新话题和新希望。
电机驱动的发展
电机驱动系统作为机器人关节实现运动的核心部件,一直是机器人硬件研究的重点。其发展经历了从刚性大减速比驱动到弹性串联驱动器,再到准直驱驱动器(Quasi Direct Drive, QDD)的演进过程。QDD技术在机器人行业广泛应用,依靠闭环力控让机器人感知外界交互力。低转速大力矩电机与低传动比减速机结合的准直驱方案,具有高力控带宽和抗冲击能力,同时保持高精度和效率,兼具直驱电机和传统电机(带齿轮箱)的优点。
电机驱动市场的巨大潜力
波士顿动力作为业内的龙头老大,其从液压转为电机驱动的决定,不仅体现了其战略调整,也揭示了电机驱动市场的巨大潜力。电机驱动的灵活性、可靠性和效率,使其成为机器人技术的未来趋势。所有的人形机器人和其他类型的机器人,预计都将逐步采用电机驱动系统,以满足快速变化的市场需求和技术进步的步伐。
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