当地时间9月30日，特斯拉2022 AI日在加州如期举行。马斯克预热了很久的人形机器人擎天柱，在全球瞩目下被工程师慢慢推出。这场6个小时的发布会，从特斯拉Optimus的结构、原理、硬件、软件、应用、前景等角度进行了全面详细的讲解。
虽然特斯拉的人形机器人在现场表现上没有达到大众对“钢铁侠”的预期，但本次发布会在驱动原理、运动控制、硬件结构等方面还是给我们带来了一些新的启示和技术路径方向。
Optimus Optimus作为一款由电机驱动的人形机器人，共有28个运动关节，包括三种旋转执行器和三种直线执行器。一种驱动原理是基于无框架力矩电机谐波减速器的旋转关节，另一种是基于力矩电机滚柱丝杠的直线关节方式。
为了使机器人具有更轻的重量和一定的负载工作能力，运动执行器需要具有较高的力矩密度和推力密度，这是机器人领域典型的技术难点。在发布会上，特斯拉用单线性致动器拉起了一架半吨重的钢琴，以展示特斯拉机器人腿部致动器的强大拉力。
特斯拉人形机器人关节所用的直线执行机构也叫伺服电动缸，是集伺服电机、减速器、丝杠、传感器、驱动器于一体的一体化运动单元。它具有高精度、重载的技术特点，能够实现精确的速度控制、位置控制和力控制，是机器人的核心运动部件。伺服电动缸长期以来一直在取代液压和气动，尤其是在工业领域。随着人们对仿人机器人的期望越来越高，伺服电动缸向小型化发展的趋势更加迫切，特别是对于体积小、重量轻但精度和强度要求高的产品。因此，机器人微伺服电动缸应运而生，并在多个应用场景中得到验证。
比如在灵巧手方面，为了使灵巧手在外观尺寸和灵活性上具有更好的仿生性，整只手的驱动方式主要由六个微型伺服电动缸来实现。
仿人机器人Optimum的腿部关节运动也是同样的驱动原理，与传统的电动伺服机器人有很大的不同。传统谐波减速旋转伺服为了追求高动态响应，需要降低减速比，提高传动机构的透明度，高性能带来高能耗。线性执行的特点是传动透明性低，但当量减速比大，可以实现大推力。同时，当螺旋传动机构设计合理时，还具有自锁特性，即在起吊重物时只要不动，几乎不消耗能量。低透射透明度的问题可以通过集成力传感器来检测负载而得到补偿。该方案已通过力控系列微型伺服电动缸的应用验证，完全可以实现精确的力控制。
在微伺服电动缸推重比方面，特斯拉人形机器人直线关节采用的通用伺服推重比从1400 N/kg到4200 N/kg，在业界达到了较高水平。其中一款0.36kg级的驱动，自重较小，可能受限于尺寸和集成难度，导致推重比较低，为1400N/Kg，仍有提升空间。而机器人自重0.1Kg的微型伺服电动缸的推重比已经达到了4900N/Kg。
由于微型伺服电动缸具有体积小、精度高、功率密度高等优点，在其他领域也有着广阔的应用空间。
在生物医学领域：
微型伺服电动缸在微针设备中的应用，可以有效减小设备的体积和重量，精确控制刺入深度，提高针刺速度，从而大大提升用户体验。
微伺服电动缸在电子注射器中的应用，可以精确控制给药过程，提高安全性，有效减小仪器体积，提高设备便携性。
微型伺服电动缸在移液器中的应用得益于体积小、精度高的优势。通过电动缸的矩阵联动，可以实现多路夜吸和分液过程的分别测控。
微伺服电动缸在微创手术器械中的应用，可以减小设备的体积，实现精确的力控制和位置控制，并具有数据反馈功能，有效降低了手术操作的难度和风险。
自动化领域：
该微伺服电动缸应用于3C自动化和半导体行业的精密装配生产线，通过力的控制，可以对工件进行精确定位和压装，提高成品率和生产效率。
微伺服电动缸在PCB键合焊接中的应用，可以实现元器件的精确力控键合，过程稳定可靠，可以大大提高良品率。
将微型伺服电动缸应用于恒力磨削设备中，可以对工件表面持续施加恒定的压力，保证磨削精度和效率。
由于多年的自主研发，适时机器人不断突破创新各项关键技术，在不同行业场景打磨产品，形成了包括微伺服电动缸、机器人末端执行器在内的丰富产品矩阵，立志追求更小、更精密的运动控制产品，致力于为机器人、生物医疗、工业自动化行业提供高性能核心运动部件，为实现中国智造而不懈努力！
审核编辑：李倩
标签：机器人缸运动