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pDrive 高爆发智能电驱动关节

发布时间:2023-04-25 11:19 发布人:汇佳自营 点击数:2925

成果名称

pDrive 高爆发智能电驱动关节

主要负责人

江磊 梁振杰 赵建新 许鹏 邢伯阳

密级状态

☑非密成果□涉密成果已完成解密

技术领域

□新一代信息技术□智能制造☑高端装备□生物医药和医疗器械□

新材料及其应用□新能源与环保□应急救援及公共安全□其他 (  )

知识产权状况

□技术秘密☑专利□计算机软件□植物新品种□集成电路布图设计

□生物、 医药新品种 (新药证书/临床批件/生产批件) □未涉及知 识产权

 

 

 

 

 

知识产权

基本信息

授权 10 个,受理 34 个:ZL201610136617.5 一种四足武装机器人摔 倒防护装置 、ZL201510938079.7 基于丝传动的武装机器人三自由 度小惯量仿生腿、ZL201410128323.9 足式机器人运动参数测量方法 及其应用、ZL201610139745.5 基于三条及以上支撑腿的足式机器人 地形参数测量方法、ZL201510079556.9 一种防止足式机器人左右倾 斜的方法、ZL201510938595.X 基于支撑域位置反馈的足式机器人机 身摆动幅度规划方法、ZL201510958848.X 基于优化支撑比的足式机 器人足端力分配方法、ZL201910933086.6 一种四足机器人动态跨越 凹障碍方法、ZL201910933745.6 一种四足机器人动态跨越凸障碍方 法、ZL201510938077.8 液压马达驱动的武装机器人三自由度简易小 惯量仿生腿

 

 

 

 

 

简要介绍

电驱动关节,是特种机器人的核心关键零部件,要求具有高性能、高 爆发、 良高力矩密度的能力要求,是特种机器人产业链 “痛点” 、 “卡点”技术。pDrive 高爆发智能电驱动关节,是由兵器工业集团 中兵智能创新研究院研制,其峰值扭矩密度达到 100N.m/kg(国际同 型产品约为 80N.m/kg),系统最高效率达到 85% ( 国际同型产品约为75%) ,是扭矩密度最大,综合效率最高的机器人电驱动关节,已在 Panda5 四足机器人、锐爪无人车、排爆机器人上得到应用。可满足 高性能特种机器人、服务机器人、安保机器人、工业巡检机器人、 水下机器人、协作机械臂等领域对高性能机器人关节特种电机迫切 需求。

关键词

高爆发、 电驱动、关节模组、足式机器人

 

 

当前应用情况

经过将近十余年的技术攻关研究,pDrive 高爆发智能电驱动关节已 成功应用于中兵智能创新研究院的Panda5 仿生四足机器人、panda3 仿生四足机器人、外贸锐爪无人平台、排爆机器人、轻小型轮式无 人平台等众多高性能无人装备上, 已经完 500 台套小批量试制和集 成应用,依托该技术孵化的两型产品在工信部特种机器人产业链  2021 揭榜推进活动中成功揭榜。

本知识产权对 应产品技术优 势和性能指标

扭矩密度:100Nm/kg

功率范围:0-6kW

系统最高效率:85%

传动形式:行星传动

防护等级:IP65

输出转速范围:5-20rad/s

技术成熟度

( 六 ) 级    (参照 GB/T22900-2009 标准,共按 9 级划分)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

先进程度

□国际领先  □国际先进  □国内领先  □国内独家  ☑国内先进

具体描述:

pDrive 高爆发智能电驱动关节具有 4 项特色技术:               ( 1 )高功率密度轴向磁通电机技术:创新性的采用聚能轴向三维磁 通、高耐温烧结钕铁硼材料、低涡流损耗的径向分段式磁钢、双转 子单定子结构等关键技术,可承受更大的电流、更高的转速,从而 实现电机性能提高 25%,尺寸减小 25%。                         (2)驱/传/感/控的电驱动关节一体化集成设计:在有限的空间 和重量约束下,实现电机、减速器、驱动器、传感器的一体化集成 设计,与传统方式相比,体积可减少 40%,重量可降低 50%以上。  ( 3)高功率密度、高带宽的电机驱动器设计技术:采用磁隔离驱动、 光耦隔离芯片和驱动芯片合二为一等设计方案,将驱动电源数量减 少为原来 1/4;实现 10~40Khz 高控制带宽,进而提高产品的带载能 力和动态特性。

(4)基于阻抗柔顺的力/位双控伺服驱动技术:通过将高精度电机 数字模型与机器人动力学仿真结合,开展基于力/位置混合的足式机 器人高机动控制研究,可对用户开放 10~40Khz 的电流伺服闭环控制 权限,大幅度提升机器人在高动态运动下的稳定性和响应速度。

通过与国内外同类电机相比,其峰值扭矩密度达到 100N.m/kg(国际 同型产品约为 80N.m/kg),系统最高效率达到 85%( 国际同型产品约 为 75%) ,在同型产品中具有显著优势地位。基于该电驱动关节的 电动牦牛、机械警犬等平台凭借优异性能获得陆军跨越险阻 2021 冠 军。依托该技术孵化的两型产品在工信部特种机器人产业链揭榜挂 帅 2021 推进活动中成功揭榜。

 

成果状态

□样品、实验室阶段

☑小批量生产、工程应用阶段 □其他 ( )

□中试生产、应用开发阶段

□批量生产、成熟应用阶段

同类技术/

产品国内外

发展情况

随着军工以及民用领域对机器人综合性能的需求不断提升,机器人 伺服驱动软硬件研发与制备作为实现机器人重大突破的先决条件和 核心技术已成为各国占领机器人领域行业市场的必要技术之一。为 完成高性能移动机器人的设计与平台系统集成,国内外形成了传统 电驱、SEA 电驱、本体驱动三种类型的电驱动关节。MIT 开源了其采 用本体驱动方式的关节方案,具有较高的扭矩密度实现了足式机器

 

人的高动态运动,但未形成系列化产品未实现产业化。波士顿动力 公司为其四足机器人配备了高度集成的一体化驱动关节,伴随足式 机器人平台进行销售,但高度集成造成在其他领域的通用性较差。 苏黎世联邦理工研发了 SEA 关节驱动模块,本体重量 1kg 峰值扭矩 输出 80Nm,但采用 SEA 方案导致其刚度较小高频响应性能较弱。国 内公司研发了适用于足式机器人与机械臂的关节电机,在扭矩密度、 可靠性等指标性能上仍低于国外,核心部组件产业链还未形成。

 

 

获奖情况

奖励 4 项,其中正在申请 1 项:

1) XX 重载高机动四足仿生机器人创新及应用,兵器集团科学技术 进步一等奖 (提名);

2)  “跨越险阻 2021” 地面无人系统挑战赛 冠军 陆军装备部;

3)  “跨越险阻 2018” 地面无人系统挑战赛 冠军 陆军装备部;

4)  “跨越险阻 2016” 地面无人系统挑战赛 冠军 陆军装备部。

 

 

 

 

 

 

科研团队与 转化基础

项目团队是兵器集团的地面无人系统自主创新团队,长期从事仿生 机器人体系总体技术、智能决策与稳定控制等核心技术研究,承担 国家自然基金、科技部重点研发计划等多项国家重点项目,是国内 最早开展液压驱动四足仿生机器人研制团队,也是世界唯一开展   350kg 级重载电驱动四足机器人总体研制团队。研究团队由院士、 兵器集团首席科学家指导,由海归、博硕士组成的高学历人才团队, 是我国足式机器人领域知名领军团队。

pDrive 高爆发智能电驱动关节是四足机器人的关键部件,近年来, 围绕核心部组件以及平台系统技术转化与产业化推广,项目组已完 成 0-6kW 关节电机研发,产品序列技术指标覆盖常规平台需求,生 产工艺基本固定,产品一致性以获得 500 台套左右的小批量试制验 证,并推广应用于轮式、履带、腿足式平台系统,技术成熟度达到 6 级以上,可进行进一步转化孵化。

转化形式

☑技术转让 ☑许可使用  ☑合作开发 □作价投资□股权投资 ☑ 技术服务 □合作兴办新企业 □其他 (  )

资金需求

根据所选转化方式预计需投入的资金 ( 5000 ) 万元

 

 

 

 

 

 

资金用途

本项目将涉及一种用于四足仿生机器人的高扭矩密度一体化关节传 

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