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機械工業雜誌

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摘要

關節馬達模組可做為機器手臂、腿足式機器人之核心動力組件,其模組重量、關節出力等各項性能參數將影響組裝成機器手臂或機器人的整體性能、動態特性與應用範圍,本文將介紹關節馬達模組一體化設計技術,整合馬達、減速機、驅控板等三大部分為一模組化的組件,關節馬達模組根據其感測器設計方案又可分為剛性致動器、串聯彈性致動器以及准直驅致動器三種感測器建置方案,本文以腿足式機器人需求設計馬達並採用准直驅致動搭配行星減速機做為設計說明。

Abstract

The robot joint modules can be used as the core power component for robot arms and legged robots. Its module weights, torque outputs and other performance parameters will affect the overall performance, dynamic characteristics and application range of the assembled robot arms or legged robots. This article will introduce the integrated design of the robot joint modules, integrating the motor, reducer and motor drive, three parts into a modular component. The robot joint modules can be divided into three schemes according to its sensor design scheme: rigid actuator, series elastic actuator (SEA) and quasi-direct drive (QDD) actuator. This article designs the motor based on the needs of the legged robot and uses quasi-direct drive actuator with a planetary reducer as a design description.

前言

在工業化社會中,多數產業都受缺工的影響,因此工業機器手臂的發明讓許多工作可以由機器手臂執行,不僅產能高且品質一致性高,對於節省人力非常有幫助,隨著機器學習與人工智慧(Artificial intelligence, AI)技術的最新發展,機器人產業受到進一步的提升,對於類人機器人的研究與發展正快速進步中,世界各國也相繼推出各種人型或犬型等仿生機器人,例如基於腿足運動的腿足機器人[1],科技進步使得打造仿生式的自主型雙足或四足機器人不再遙不可及,而仿生四足機器人,或稱為機器狗,在近年更是蓬勃發展[2] [3],人形機器人可以用來取代傳統人力,但應用層面或是投入消費市場層面的型態尚未明朗,而機器狗的用途就更廣泛,可以肩負起更多人類無法踏足的任務,包含巡檢、救援、探勘等高難度或高危險度的工作[4],關節馬達作為機器人與機器狗的核心動力組件,也因此急速發展,關節馬達模組通常具有模組化的外觀、輕量化的體積、強大的轉矩等特徵,透過不同的機構組合,可以創造靈活的雙足機器人或是具備不同任務能力、負載重量的四足機器人[5]。

一體化關節馬達模組設計技術

本文分成三個部分,第一部分為一體化關節馬達模組說明,介紹關節馬達、減速機以及感測器等三大關鍵部位,第二部分為腿足式關節馬達設計,最後是關節馬達驅控板介紹。

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