横跨机器人和新能源汽车的核心部件：液压弹簧-韭研公社

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横跨机器人和新能源汽车的核心部件：液压弹簧

风火旺旺阿牛

一路目送的老韭菜

2023-07-04 21:49:19

机器人：弹簧篇
未来世界将会是机器人的世界，第四次新技术革命的重要标志产品就是各种仿真的机器人和无人机。各种精密的微型弹簧在其中有着巨大的市场和发展潜力。面对形态各异的机器人，高端弹簧需求会巨增。
企业应用：
1、特斯拉 Optimus 身体具有28个自由度，可完成多个高精度动作。2022年9月底，特斯拉 AI Day 2022开幕，特斯拉人形机器人擎天柱 Optimus原型机正式亮相。Optimus 身体共有 28 个自由度，采用了更加灵活的弹簧负载设计与 6 种类型执行器，关节采用仿生学关节设计，模拟人类关节与肌腱形态，手部则采用人体工程学设计，拥有 11 个自由度。
2、小米足式机器人专利曝光：前后双弹簧设计
应用方向：
1、液压弹簧在人形机器人上的应用是为了重负载关节实现物理储能，减少对电机和减速器的扭矩压力。
2、弹簧在机器人上的应用不仅限于减震器，还可以用于其他部件。例如，弹簧可以用于机器人的关节部分，以帮助机器人完成更加精细的动作1。此外，弹簧还可以用于机器人的手部，以帮助机器人抓取物体2
3、除了谐波+力矩传感，科研领域也在开发更多的方案，SEA有潜力，下肢中滚珠丝杠在某些情况下是首选。① SEA，全名series elastic acuators，串联弹性执行机构，在在齿轮箱和载荷之间引入一个弹性元件（弹簧），通过测量弹性元件中的偏转，可以作为结果来评估力。这个方案潜力较大，弹簧对于外部冲击力有缓冲作用。
串联弹性执行器（Series elastic actuator，SEA），SEA是一种能够实现柔性输出的驱动单元，在驱动和执行模块之间添加弹性元件，来使驱动和负载之间具有柔性缓冲。带有SEA的机器人可以展示自然、动态和节能的步态，包括ATRIAS、THOR、WALK-MAN。然而，SEA有一个难以取舍的权衡；弹性弹簧影响系统动力学，较低的弹簧刚度意味着较低的控制带宽，而较高的弹簧刚度导致较差的冲击缓解。因此弹簧的刚度通常需要根据所使用的连接进行调整。此外在生物学中，有效的腿部刚度实际上随着运动速度的变化而变化，这使得可变的刚度成为动态运动的潜在要求。
4、(无控制线绳的单腿跳跃机器人)科学家设计这款机器人通过一个平行线性弹性致动器(LEAP）来产生的推力，从而使伺服电机中的压缩弹簧和小线圈致动器可以为单腿跳跃机器人提供7秒的跳跃，总共可以跳19次。
5、(机器人DURUS)科学家们设计了特别弹簧安装在机器人的脚踝和脚之间，这样使得机器人具备了一个类似于人体弹性肌腱的解剖结构，所以Durus机器人能够十分逼真地模仿人类的步态。而且它与平足机器人所特别不同的，DURUS可以以更高的效率走得更快，可以迈出更长的步伐。美国佐治亚理工学院研究成功的DURUS机器人，使得研究更高效的机器人移动技术向前迈进了一步。
6、(双足机器人卡西俄勒冈州立大学动态机器人实验室)该大学的实验室另辟新路，采用了一系列的弹性玻璃纤维弹簧，将机器人的双腿设计放置在弹簧上面。这组弹性玻璃纤维弹簧，用来悬挂和机械能存储。双足机器人卡西，通过它的双足运动，能够以类似于人类步行周期的有效方式跑步和行走。2022年9月28日，机器人卡西在俄勒冈州立大学田径场上创造了100米短跑的吉尼斯世界纪录，它可以不间断地行走一个小时和9分钟跑完一英里。(网页链接)
7、用SMA形状记忆合金材料制成的螺旋弹簧，会产生弹簧间更大的行程距离和更高的回复力。由于具有这些特殊重要的功能，机器人方面的科学家们使用SMA弹簧来充当软机器人的致动器和传感器。（网页链接）
8、据报道，美国加州大学圣地亚哥分校的机器人专家成功地研发了一种奇特的咖啡渣柔性脚用在机器人上，机器人可以自如地在鹅卵石和木屑等不平坦的地形上行走，行走速度比正常机器人快将近40％。与我们弹簧相关的，这只特别设计的软性脚结构中，使用了一组微型精密压缩弹簧。（网页链接）
9、弹簧在人形机器人上的应用非常广泛。在人形机器人的关节处，弹簧可以用于缓冲和减振，控制机构的运动，储存及输出能量等1。例如，COMAN仿人机器人上的实时全身运动模仿中，弹簧被用于缓冲和减振，控制机构的运动2。此外，弹簧还可以用于人形机器人的下半身设计中，以减少总重、提高结构刚度、尽量提高质心、尽量减少腿部惯量等3。（网页链接）
10、网页链接
（1）M2V2：腿部滚珠丝杠+结合螺旋弹簧（螺母和负载之间）。驱动采用自主设计的弹性驱动单元——电机+滚柱丝杠+弹簧部件。
（2）DURUS：高180cm,重79.5kg。腿有六个自由度：髋关节3：链传动，电机+定制摆线减速机。膝关节驱动位于大腿。踝关节驱动位于小腿，连杆传动。‘cost of transport’系数约为atlas的20倍，接近人类。采用高效的定制摆线减速器提高传动效率，效率高达97%，2.7kg关节重量可提供250nm的力矩输出，关节加速度超过130rad/s2。踝关节下方设计缓冲弹簧吸收冲击。
华纬科技的机器人应用（出自调研）：
1、公司有在供应工业机器人弹簧，客户有哪些？单台工业机器人配套价格如何？
答：公司的策略是先从头部企业开始，再逐步往下拓展，目前已经供货的是头部企业。工业机器人我们配套部分是在一组1000元左右
2.弹簧在工业机器人的应用场景在哪里？
答：弹簧是装在平衡缸里的，相当于一个杠杆的作用，可以降低对电机和功率的需求。工业机器人在进行抓取等动作时，如果没有弹簧，需要高输出的电机才能稳定，有弹簧后只需要相对小的电机就能完成相同的动作。
3.弹簧在工业机器人和汽车方面使用寿命差异如何？
答：工业机器人试验周期和寿命要求比汽车类弹簧更高，根据台架试验，机器人弹簧的寿命是汽车弹簧的十倍以上，所以试验周期也会相应增加
4、公司在国内是否还有给其他的机器人企业供货？
答：公司的策略是先从头部企业开始，再逐步往下拓展，目前对头部企业的产品已经开始量产，之后会进行拓展
$华纬科技(SZ001380)$

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