谐波旋转执行器如何实现高扭矩密度？

介绍

对于机器人关节而言，仅靠高扭矩是不够的。

执行器虽然可以产生很大的输出扭矩，但如果过重或过大，机器人可能会损失执行器原本应提供的大部分性能。这一点在人形机器人、协作机器人、轻型机械臂以及其他对重量和安装空间要求极高的系统中尤为重要。

这就是为什么扭矩密度已成为评价现代机器人执行器的重要参数。

谐波旋转执行器并非仅依赖谐波传动，而是通过组合多个元件来实现高扭矩尺寸比或扭矩重量比。最终结果取决于电机、减速比、传动几何结构、轴承、壳体、编码器布置、热设计和控制策略之间的相互作用。

换句话说：

高扭矩密度是执行器层面的结果，而不仅仅是变速箱规格。

因此，对于机器人关节而言，更有用的问题不是：

谐波减速器能产生多大的扭矩？

这是：

在给定的质量、体积、速度和热力范围内，完整的谐波旋转执行器能够提供多少可用的关节扭矩？

在设计人形机器人关节时，这种区别就显得尤为重要，因为执行器必须同时平衡扭矩、重量、速度、效率、刚度、传感和连续运行能力。

谐波旋转执行器的扭矩密度由什么决定？

扭矩密度通常被定义为输出扭矩与执行器尺寸或质量之间的关系。

根据应用场景的不同，工程师可能会使用不同的指标进行评估，例如：

• 每公斤扭矩

• 单位体积扭矩

• 额定扭矩与执行器质量的关系

• 峰值扭矩与执行器质量的关系

• 连续扭矩与执行器体积的关系

• 这些指标不能互换使用。

例如，有的执行器可能具有很高的峰值扭矩，但由于电机发热，其持续扭矩却低得多。而有的执行器可能重量稍重，但在重复运行过程中却能提供更高的持续扭矩。

因此，对于机器人应用而言，区分以下几点是有用的：

峰值扭矩密度和连续扭矩密度

人形机器人在加速、跳跃或运动突然变化时可能需要较高的峰值扭矩，而同一关节在站立、行走或重复运动时也需要足够的持续扭矩。

执行器架构必须同时支持这两种情况。

电机设定扭矩密度的起始点

谐波减速器本身并不产生扭矩。

电机提供初始扭矩，而变速器将电机转速和扭矩转换为所需的关节输出。

简化后的关系式是：

电机扭矩 → 减速 → 关节输出扭矩

理想的传输方式：

输出扭矩 ≈ 电机扭矩 × 减速比

在实际执行器中，还必须考虑传动损耗。

这意味着选择高扭矩密度的电机是实现高扭矩密度执行器的第一步。

然而，简单地安装一台更大的电机并不总是最佳解决方案。

更大的电机可以增加：

• 执行器质量

• 住房面积

• 热负荷

• 转子惯性

• 功耗

相反，执行器设计人员需要找到一个合适的运行点，使电机能够在不占用过多空间或增加不必要重量的情况下提供所需的扭矩。

这就是集成式执行器设计如此重要的原因之一。

电机和谐波传动装置应被视为一个系统，而不是完全独立的部件。

高减速比有助于倍增输出扭矩

影响谐波执行器扭矩密度的最重要因素之一是减速比。

高减速比使得相对较小的高速电机能够产生更大的输出扭矩。

例如，考虑一个简化的传输过程：

电机 → 谐波抑制 → 关节输出

如果电机产生一定的输入扭矩，减速机构可以根据其减速比和传动效率倍增可用的输出扭矩。

这样，电机就可以在能够高效输出动力的速度范围内运行，而变速箱则可以将该速度转换为机器人关节所需的低速、高扭矩输出。

然而，更高的减排率并不一定更好。

提高减排率可能会产生以下影响：

输出速度

• 效率

• 反向驱动能力

• 动态响应

• 电机工作点

• 热性能

因此，减速比应根据关节的实际扭矩和速度要求来选择。

为什么高减速比并不一定意味着高扭矩密度？

这是一个经常被忽视的重要观点。

假设两个执行器使用不同的减速比。

传动比更高的执行器在相同的电机扭矩下可以产生更大的输出扭矩。

但如果要达到这个比例需要：

• 附加传输级

• 较大部件

• 更重的轴承

• 更大的住房

• 更大的冷却能力

整个执行器的扭矩密度可能并不理想。

相关指标是整个执行器的性能，而不仅仅是减速比。

这就是为什么一个好的谐波旋转执行器需要平衡的原因：

电机扭矩 + 减速比 + 效率 + 质量 + 体积

而不是最大化任何单一参数。

谐波传动几何结构有助于实现紧凑的扭矩容量

谐波变速器的机械结构是其能够在相对紧凑的体积内实现较大扭矩容量的另一个原因。

与传统的正齿轮传动装置通过相对简单的齿轮副传递扭矩不同，谐波传动利用柔性花键和圆形花键之间的多个齿啮合。

这样一来，传输的载荷就可以分配到多个交战点上。

最终得到的传动结构能够在紧凑的直径内提供较大的扭矩。

对于机器人关节而言，这一点很重要，因为执行器通常必须安装在有限的机械空间内。

可用空间可能已被以下物品占用：

• 结构部件

• 轴承

• 接线

• 传感器

• 电机部件

• 冷却路径

因此，能够在不显著增加关节直径的情况下提供所需扭矩的传动装置可以直接提高执行器级扭矩密度。

输出轴承是扭矩密度方程的一部分

比较机器人执行器时，一个常见的错误是只关注电机和减速器。

输出轴承也会对最终执行器的尺寸和质量产生重大影响。

机器人关节不仅可以传递旋转扭矩。

它还可能出现以下情况：

• 径向载荷

• 轴向载荷

• 颠覆性时刻

• 外力

• 动态影响

因此，执行器需要合适的输出轴承布置。

如果轴承尺寸过大，执行器就会变重。

如果尺寸过小，执行器可能无法提供足够的机械耐久性或刚度。

精心设计的谐波旋转执行器将传动和轴承结构集成在一起，使关节能够承受预期的外部载荷，而不会不必要地增加整体结构。

这对于人形机器人的关节来说尤其重要。

例如，膝关节或踝关节驱动器可能会受到仅靠电机扭矩无法表示的显著外部力矩。

壳体设计可以增加或降低扭矩密度

执行器外壳是扭矩密度方程的另一个组成部分。

住房必须提供：

• 结构刚度

• 轴承支撑

• 齿轮对准

• 散热

• 保护内部组件

但过多的房屋建材会增加重量。

因此，挑战在于如何在保证足够刚性的同时，最大限度地减少不必要的质量。

这一点在人形机器人领域尤为重要。

在髋关节或膝关节附近安装重型驱动器不仅会增加机器人的总质量，还会增加下游关节运动所需的负载。

这将产生连锁反应：

较重的执行器 → 更高的关节负载 → 更高的所需扭矩 → 更大的执行器 → 更高的总质量

打破这种循环是轻型、高扭矩密度致动器对人形机器人至关重要的原因之一。

扭矩密度取决于连续扭矩，而不仅仅是峰值扭矩。

在比较谐波旋转执行器时，峰值扭矩在规格表上可能看起来很惊人。

然而，峰值扭矩通常与短时运行有关。

对于许多机器人来说，持续扭矩同样重要。

想象一个人形机器人直立站立的样子。

腿部关节可能需要持续产生扭矩，而不仅仅是几秒钟。

同样，执行重复装配工作的机械臂可能会连续工作数小时。

在这种情况下，更合适的指标接近于：

连续输出扭矩/执行器质量

而不是：

峰值输出扭矩/执行器质量

因此，一个设计良好的执行器需要具备以下能力：

• 电机铜损

• 铁损失

• 承压损失

• 传输损耗

• 热传递

• 环境温度

• 占空比

高峰值扭矩固然有用，但高连续扭矩密度通常与实际机器人性能更相关。

热管理对扭矩密度设定了实际限制

扭矩会产生热量。

这在扭矩密度和热设计之间建立了一种重要的联系。

随着执行器尺寸的减小，可用于散热的表面积也会减小。

同时，紧凑型执行器的内部空间可能较小，用于：

• 散热器

• 冷却通道

• 粉丝

• 热界面

因此，执行器必须在更小的物理空间内控制热量。

因此，无限增加扭矩密度是不现实的。

执行器设计人员必须在以下两方面找到平衡：

扭矩→电流→热量→温度→连续运行能力

能在几秒钟内达到极高扭矩，但在正常运行期间容易过热的执行器可能不适合生产机器人。

因此，热性能应与扭矩规格一起评估。

效率直接影响可用扭矩密度

谐波驱动效率是影响执行器性能的另一个因素。

并非所有输入的机械功率都能转化为有用的输出功率。

部分能量会通过以下途径损失：

• 齿轮变形

• 摩擦

• 承压损失

• 润滑

• 密封

• 其他机械效应

• 这些损耗会转化为热量。

这种关系可以简化为：

输入功率 → 有效输出功率 + 损耗

更高的传动损耗意味着执行器必须散发更多的热量。

这可能会降低执行器能够持续输出的扭矩。

因此，在比较两个峰值扭矩相近的谐波旋转执行器时，考察以下几点是有益的：

• 额定扭矩

• 持续扭矩

• 效率

• 输入速度

• 占空比

• 热额定值

• 而不是仅仅依靠峰值扭矩。

为什么执行器重量比减速器重量更重要？

对于一台固定式工业机器而言，增加几百克重量可能不会对系统性能产生太大影响。

对于人形机器人来说，情况就不同了。

每个执行器都会对机器人的总运动质量产生影响。

例如，如果在大腿上安装一个致动器，它的质量就会成为其他关节需要移动的负载的一部分。

这意味着执行器质量会影响：

• 加速度

• 能源消耗

• 步行效率

• 动态平衡

• 有效载荷

• 关节扭矩要求

因此，有时轻型执行器虽然绝对扭矩略低，但可能比重型执行器虽然峰值扭矩更大更有用。

这就是为什么扭矩重量比在人形机器人执行器设计中越来越重要的原因。

电机尺寸和减速比必须匹配

谐波旋转执行器不能通过独立于电机选择减速器来进行优化。

电机和变速器必须作为一对匹配的部件运行。

例如，设计师可能有两种可能的设计方案：

选项 A

大功率电机 + 低减速比

选项 B

更小的电机 + 更高的减速比

两种方法可能产生类似的输出扭矩。

然而，它们可能截然不同：

• 大量的

• 体积

• 效率

• 速度

• 热行为

• 动态响应

• 成本

更佳的解决方案取决于目标关节。

对于紧凑型人形手腕而言，最大限度地减少质量和直径可能至关重要。

对于高负荷工业接头而言，持续扭矩和刚度可能更为重要。

因此，执行器优化应该从关节的实际运行特性开始，而不是从预定义的齿轮箱尺寸开始。

峰值扭矩、额定扭矩和连续扭矩应分别进行评估。

在评估谐波旋转执行器时，三个扭矩值不应视为可以互换。

峰值扭矩

峰值扭矩是指执行器在特定条件下有限时间内所能提供的最大扭矩。

它对以下方面很重要：

加速度

短期动态运动

冲击响应

方向的快速变化

额定扭矩或连续扭矩

额定扭矩是指执行器在规定的运行条件下能够持续运行的扭矩。

这更适用于：

• 步行

• 重复性动作

• 连续工业运营

• 持续负荷

过载能力

有些应用也需要短期过载能力。

当机器人遇到以下情况时，这一点可能很重要：

• 突然加速

• 外部影响

• 紧急制动

• 意外的负载变化

这些数值之间的关系比单一的扭矩值更能清晰地反映执行器的实际能力。

为什么扭矩密度对人形机器人关节尤为重要？

人形机器人对执行器设计提出了异常严格的要求。

人形关节通常需要安装在按照近似人体尺寸设计的身体结构中。

同时，它还需要提供足够的扭矩来移动机器人的质量。

这就产生了相互冲突的需求：

小型

↓

轻量化

↓

高扭矩

↓

高速

↓

高效

↓

热稳定性

执行器必须平衡所有这些力。

这在以下情况下尤其具有挑战性：

• 髋关节

• 膝关节

• 踝关节

• 肩关节

• 肘关节

因此，每个关节的最佳执行器可能不同。

高扭矩腿部关节可能优先考虑连续扭矩和热性能，而腕部驱动器可能优先考虑低质量、紧凑尺寸和低惯性。

扭矩密度与功率密度并不相同

这两个术语有时会被混淆。

扭矩密度描述的是执行器相对于其质量或体积所能提供的扭矩大小。

功率密度也考虑了旋转速度。

简化后的关系式是：

功率 = 扭矩 × 角速度

这意味着扭矩极高但速度相对较低的执行器可能不如速度更快的执行器具有相同的功率密度。

对于动态机器人而言，这两个指标都很重要。

例如：

膝部驱动器可能需要在中等速度下实现高扭矩。

腕部驱动器可能需要较低的扭矩但较高的速度。

移动机器人轮式驱动可能需要持续扭矩和相对较高的转速。

因此，执行器选择应考虑完整的扭矩-转速工作范围，而不是单一的扭矩密度值。

编码器集成如何影响执行器架构？

传感器本身并不直接产生扭矩，但它们会影响执行器利用其可用扭矩的效率。

谐波旋转执行器可包括：

• 电机侧编码器

• 输出端编码器

• 双编码器

• 扭矩传感器

• 温度传感

电机侧编码器可以为电机控制提供反馈。

输出端编码器可以测量减速机构后的实际关节输出位置。

对于需要高精度关节控制的应用，测量输出轴可以提供仅靠电机编码器无法获得的信息。

当执行器需要补偿以下情况时，这一点尤其重要：

• 传输错误

• 弹性形变

• 外部负载

• 位置偏差

因此，传感器集成应被视为完整执行器架构的一部分。

扭矩传感器能否提高高扭矩密度执行器的有效性能？

扭矩传感器不会增加执行器的机械扭矩容量。

它的价值不同。

它向控制器提供有关通过关节传递的扭矩的信息。

这可以支持：

• 扭矩控制

• 力控制

• 碰撞检测

• 合规控制

• 接触检测

对于人形机器人而言，这些信息在以下情况下尤其有用：

• 步行

• 对象操作

• 物理互动

• 平衡控制

• 需要大量联系的任务

但是，增加扭矩传感器还会带来以下问题：

• 大量的

• 体积

• 成本

• 机械集成要求

因此，传感器选择成为扭矩密度优化问题的另一个组成部分。

目标不仅仅是集成尽可能多的传感器。

目标是在不增加执行器质量和体积的情况下，实现所需的传感能力。

谐波旋转执行器扭矩密度是一种系统级优化

前面的因素表明，扭矩密度不能仅仅归因于谐波减速器。

一个完整的执行器包含多个元件：

• 发动机

• 谐波传输

• 轴承

• 住房

• 编码器

• 司机

• 传感器

• 热结构

最终扭矩密度由整个组件决定。

例如，即使执行器使用了高性能谐波减速器，但如果出现以下情况，其扭矩重量比性能仍然很差：

• 电机尺寸过大

• 房屋结构过于沉重。

• 这种轴承布置效率低下。

• 冷却系统增加了过多的质量。

• 驱动器与执行器在物理上是分离的。

• 传感器架构集成度差。

这就是为什么集成式执行器设计比简单地组装单个组件更具优势的原因。

集成设计如何提高扭矩重量比？

集成化设计使设计人员能够围绕共同的机械结构优化各个组件。

而不是设计：

电机 → 独立变速箱 → 独立编码器 → 独立外壳 → 独立驱动器

该系统可以设计成：

集成电机+谐波减速器+编码器+电子元件+联合输出

这样可以减少重复工作：

• 住房

• 安装结构

• 连接器

• 轴

• 耦合

• 机械接口

这样可以得到结构更紧凑、系统整体质量更低的执行器。

因此，对于机器人应用而言，重要的比较并非：

哪个变径接头更轻？

但：

哪种完整的执行器能够以最小的实际质量和体积提供所需的关节性能？

为什么机械集成在高扭矩机器人关节中至关重要？

高扭矩会在整个执行器中产生机械负载。

电机、减速器、轴承、外壳、轴和安装结构都需要承受这些负载。

如果执行器被设计成一系列不相关的组件，则机械接口可能会变得过大。

集成架构使设计者能够优化：

• 轴承位置

• 加载路径

• 外壳厚度

• 轴几何形状

• 电机位置

• 编码器位置

• 热路径

这可以提高结构质量与可用输出扭矩之间的比率。

对于机器人关节而言，这一点很重要，因为执行器不仅仅是一个传动部件。

它是机器人结构系统的一部分。

谐波旋转执行器的扭矩密度受哪些因素限制？

存在一些实际限制。

电机热极限

电机无法持续产生无限扭矩，因为电流会产生热量。

传输负载限制

谐波传动装置具有规定的扭矩和使用寿命限制。

承载能力

输出轴承必须能够承受扭矩相关的载荷和外部关节力。

壳体刚度

外壳在负载下必须保持足够的刚性。

散热

执行器内部产生的热量必须传递到周围结构。

速度要求

高速高扭矩会产生更大的功率和热需求。

重量限制

增加结构材料可以提高承载能力，但过大的质量会降低执行器级扭矩密度。

这些限制条件相互作用。

改善一个参数可能会对另一个参数产生负面影响。

因此，执行器设计从根本上来说是一个优化问题。

如何比较两个谐波旋转执行器的扭矩密度？

比较两个执行器时，避免只比较它们的最大扭矩。

更完善的比较应该包括：

1. 连续输出扭矩

该执行器在持续运行过程中能够提供多大的扭矩？

2. 峰值输出扭矩

在短时动态事件中，它能提供多大的扭矩？

3. 执行器质量

扭矩额定值是否包含整个执行器？

4. 整体尺寸

直径、长度和安装体积分别是多少？

5. 输出速度

执行器能否在所需速度下提供所需的扭矩？

6. 效率

输入功率有多少转化为有用的机械输出？

7. 热额定值

执行器能否在不超过其允许温度的情况下保持其额定扭矩？

8. 编码器配置

反馈测量点是在电机处、输出轴处还是两者都有？

9. 外部负载能力

输出轴承能否承受所需的径向、轴向和力矩载荷？

10. 占空比

该执行器是设计用于间歇运行还是连续运行？

这种方法比简单地选择扭矩值最大的执行器进行比较更有意义。

如何提高谐波旋转执行器的扭矩密度？

如果执行器需要更高的扭矩密度，工程师可以同时考虑多个方面。

优化电机工作点

选择一款能够提供所需扭矩，且质量和散热性能均不过高的电机。

优化缩减率

选择合适的减速比，以平衡扭矩倍增、速度、效率和动态响应。

减少结构质量

应该采用设计合理的壳体和载荷路径，而不是简单地增加材料厚度。

优化轴承布置

根据实际径向载荷、轴向载荷和力矩载荷选择轴承尺寸。

改善散热

更好的散热路径可以让执行器在不发生过大温度升高的情况下保持更高的连续扭矩。

集成电子

在适当情况下，集成驱动电子元件可以减少外部硬件和布线。

优化传感器集成

使用应用程序所需的反馈架构，无需添加不必要的组件。

通常情况下，最佳结果来自于同时优化多个参数，而不是最大化单个组件的性能。

不同机器人应用中的谐波旋转执行器扭矩密度

所需的扭矩密度很大程度上取决于应用。

人形机器人腿

腿部驱动器通常需要：

• 高持续扭矩

• 高峰值扭矩

• 低质量

• 高动态响应

• 热稳定性

扭矩重量比变得尤为重要，因为执行器质量直接影响机器人的总能量需求。

人形机器人手臂

手臂关节通常需要不同的平衡：

• 扭矩

• 速度

• 重量

• 活动范围

• 精确

机器人手腕

腕部驱动器通常更注重以下方面：

• 小巧尺寸

• 低惯性

• 轻量级

• 高定位精度

协作机器人关节

协作机器人可能需要：

• 紧凑型包装

• 低反冲

• 流畅的动作

• 扭矩传感

• 与外部负载的受控交互

工业机器人关节

工业机器人可能会优先考虑：

• 额定扭矩

• 重复性

• 刚性

• 服务寿命

• 连续运行

这就说明了为什么没有一个适用于所有机器人的单一扭矩密度目标。

为什么连续扭矩密度可能比峰值扭矩密度更重要？

对于生产机器人而言，最令人印象深刻的规格并不总是最有用的规格。

高峰值扭矩额定值对于动态运动可能很有价值，但执行器也需要在其大部分工作周期内可靠运行。

例如，一个人形机器人可能会花费大量时间：

• 常设

• 步行

• 保持平衡

• 拿着一个物体

这些活动需要执行器持续输出。

同样，工业机器人可能会重复相同的动作数千次。

对于这些应用而言，连续扭矩密度可能比峰值扭矩密度更有用，是一个更合适的工程指标。

评估高扭矩密度执行器的实用方法

在选择谐波旋转执行器之前，先确定实际关节运行特性。

至少要确定：

• 所需持续扭矩

• 所需峰值扭矩

• 所需速度

• 加速度

• 占空比

• 外部负载

• 安装空间

• 最大执行器质量

• 环境温度

• 冷却条件

• 所需位置准确性

• 所需的扭矩感应

• 通信接口

然后将整个执行器与这些要求进行比较。

这样可以避免一个常见的错误：

根据单一主要规格选择执行器。

如果 100 Nm 的执行器明显更重、更大、效率更低，或者无法在实际工作循环下维持所需的扭矩，那么 100 Nm 的执行器不一定比 80 Nm 的执行器更好。

高扭矩密度谐波致动器的未来

随着机器人变得越来越紧凑和动态，执行器的发展不再仅仅局限于增加最大扭矩。

未来的执行器设计可能会侧重于以下方面的综合优化：

• 扭矩密度

• 功率密度

• 效率

• 热性能

• 传感

• 控制集成

• 重量

• 机械刚度

这一点尤其适用于人形机器人。

高性能人形机器人执行器可能需要将精密谐波传输与以下技术相结合：

• 高分辨率编码器

• 集成电机控制

• 扭矩传感

• 紧凑型轴承

• 轻型外壳

• 高效热路径

• 高速通信

最终得到的不再仅仅是一台带变速箱的电机。

它成为一个完整的机器人关节驱动器，其设计围绕机器人的机械和控制要求展开。

HONPINE 如何设计高扭矩密度谐波致动器？

针对机器人应用，HONPINE 开发了集成谐波致动器和机器人关节解决方案，将精密传动与电机、传感和控制技术相结合。

根据执行器架构的不同，集成系统可以包含：

• 谐波传输

• 伺服电机

• 高分辨率编码器

• 输出端位置反馈

• 集成驱动程序

• 扭矩传感

• 工业通信接口

目标不仅仅是最大化某个部件的扭矩额定值。

相反，执行器需要在这两者之间取得适当的平衡：

输出扭矩 + 重量 + 尺寸 + 速度 + 精度 + 热性能

这种方法尤其适用于人形机器人关节、协作机器人、机械臂以及其他执行器质量和安装空间直接影响系统性能的应用。

对于需要力反馈的应用，集成扭矩传感架构可以进一步支持扭矩控制、柔性运动以及与外部负载的交互。

关于谐波旋转执行器扭矩密度的常见问题

谐波旋转执行器如何实现高扭矩密度？

高扭矩密度源于电机、谐波传动装置、减速比、轴承、壳体、散热系统和控制架构的综合设计。谐波传动装置可在紧凑的封装内实现高扭矩倍增，但执行器级别的扭矩密度取决于整个系统。

谐波减速比越高，扭矩密度就越高吗？

不。更高的减速比可以提高给定电机的输出扭矩，但也会影响输出转速、效率、反驱动能力和热性能。因此，必须对整个执行器进行评估，而不能仅仅关注减速比。

扭矩密度比峰值扭矩更重要吗？

对于许多机器人应用而言，答案是肯定的。高峰值扭矩额定值并不一定意味着执行器能够持续输出高扭矩。扭矩重量比、持续扭矩、占空比和热性能等因素都应纳入考虑。

为什么扭矩密度对人形机器人很重要？

人形机器人对重量和空间都有严格的限制。轻量化且扭矩大的执行器可以降低机器人的整体质量，并有助于提高其加速度、能量效率、平衡性和动态性能。

执行器重量如何影响人形机器人的性能？

执行器的质量会成为机器人运动负载的一部分。较重的执行器会增加其他关节所需的扭矩，尤其是在腿部机构中。因此，在保持足够扭矩的前提下降低执行器的质量可以提高系统的整体效率。

谐波致动器能否同时提供高扭矩和高转速？

这取决于执行器的设计和运行条件。高减速比会提高输出扭矩，但会降低输出转速。电机、减速比、热设计和传动效率必须与所需的扭矩-转速工作范围相匹配。

峰值扭矩和持续扭矩，哪个更重要？

这取决于具体应用。峰值扭矩对于加速和短时动态事件至关重要，而持续扭矩对于持续负载和重复操作则至关重要。对于生产机器人而言，两者都需要评估。

增加扭矩传感器会降低扭矩密度吗？

扭矩传感器会增加一些质量、体积和机械复杂性。然而，如果能将传感器高效地集成到执行器架构中，则可以最大限度地减少额外重量，同时为力控制和交互应用提供有价值的扭矩反馈。

结论

谐波旋转执行器通过对电机、减速比、谐波传动、轴承、外壳、热设计、传感和控制系统的综合优化，实现高扭矩密度。

谐波传递是这一等式的重要组成部分，因为它可以在紧凑的机械结构内提供显著的扭矩倍增。但执行器的最终扭矩密度取决于的因素远不止减速器本身。

对于实际的机器人设计，工程师应评估：

连续扭矩

→ 峰值扭矩

→ 速度

→ 减排率

→ 效率

→ 热性能

→ 执行器质量

→ 安装卷

→ 外部负载能力

→ 反馈与感知

而不是依赖单一的扭矩规格。

这在人形机器人领域尤为重要，因为执行器的重量、扭矩、速度和热性能密切相关。

因此，我们的目标不仅仅是制造一个扭矩最大的执行器。

目标是开发一种致动器，在最小的实际质量和体积内提供所需的可用扭矩，同时保持机器人所需的速度、精度、效率、热稳定性和传感能力。

这就是谐波旋转执行器中高扭矩密度的真正工程意义。