伺服驱动器在机器人上的研究与应用

本文围绕伺服驱动的研究现状、技术特点等方面，结合优必选科技在伺服驱动器产品上的研究、实际应用及未来研究方向展开深度讲解。

伺服驱动器的研究现状

随着机器人的蓬勃发展，伺服驱动器的类型也越来越丰富，主要有有电驱、液压、线驱、气动及一些复合材料等形式，对于这么多的驱动形式，有些已经发展到产品阶段，但综合来看，电驱是目前发展最广泛，技术最成熟的方向。对于伺服驱动器，我们将主要介绍电驱的伺服驱动器，也是上图最左边的Walker机器人所使用的。

从开发上来看，伺服驱动器可分成小型伺服驱动器和大型伺服驱动器，怎样区分呢？主要看输出力矩，小型伺服驱动器的输出力矩范围为0.2Nm到6Nm之间，应用在教育、娱乐等桌面机器人上。大型伺服驱动器应用在大型服务机器人上，像Walker、Cruzr及一些机械臂等。同时市面上也有各种伺服驱动器，本次讲解的内容将主要涉及大型伺服驱动器，小型伺服驱动器也会讲解，可能涉及的内容不是太多。

伺服驱动器的功能主要是实现机器人的精准运动，使得每一个关节能产生精确的输出位置和力矩，机器人的每个舵机在接收到位置指令后，可以实时响应命令，多个舵机协调运行，就可以产生犹如人类一般灵活的运动。小型伺服驱动器也叫舵机，所以讲解中可能有时叫舵机，有时叫伺服驱动器，实际上是同一个东西。

从伺服驱动器的基本硬件构成来看，主要包括电机、控制板、减速器、位置传感器等部分。不论应用在哪种产品上面，或力矩大小，这四种基本的组成是不可缺少的，可能不同的伺服驱动器，它的电机类型、控制板的大小、功率和功能、减速器的类型（行星、谐波、RV）等不一样，但他们的基本构成不变。

任赜宇从应用和设计的方式上把大型伺服驱动器分为常规方案、SEA、本体驱动器三个类型，我也比较同意这种分类方式。常规方案是用常规的电机+高减速比的减速箱，输出端也是高刚度的力矩检测；SEA是常规电机与高减速比，但与常规方案不同之处在输出端，多了一个弹性体，弹性体是弹性的形变角度，与输出的力矩成正比，用位置传感器检测弹性体的形变，从而推断出力距的大小，这是目前研究比较多的设计方式；本体驱动器，高输出力矩密度电机+低减速比减速箱，它的特点是小惯量输出、响应速度比较快，一般应用在4足机器人中。

 上图（引用知乎@任赜宇）主要从方案的特性，力矩测量、应用场景、技术水平和优缺点简单对比了这三种方案。常规伺