jiakaiwen（公司）（未认证）

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