如何为 AGV 和人形机器人中的手臂、躯干、头部和腿部选择机器人关节模组

机器人AGV平台、升降腿、折叠腿、躯干、头部和双臂各自具有不同的功能需求。因此，应相应选择不同类型的谐波减速机关节模组和行星关节模组。

本文将说明如何为机器人各子系统选择最合适的关节模组。

不同机器人子系统有哪些功能需求？

1) 双臂（肩部、肘部、腕部）

关键要求：

低背隙、低摩擦（用于力控制和示教）、高扭矩密度、轻量化设计、走线能力（空心轴或侧出线），以及低噪音。

关键风险：

额定扭矩不足可能导致过热

背隙和摩擦会导致力控制不稳定

重复定位精度低和刚性不足可能导致末端执行器振动或定位漂移

2) 躯干（腰部偏航 / 俯仰 / 横滚，胸部旋转）

关键要求：

高轴向和径向载荷能力、结构刚性、热稳定性以及强抗冲击性。

关键风险：

腰部关节承受上半身和双臂的组合载荷及力矩，因此需要极高的结构强度和坚固的输出轴承系统。

3) 头部（云台 / 传感器旋转单元）

关键要求：

小型化、低噪音、低振动，以及平稳的低速运动，以实现精确控制。

关键风险：

电机齿槽转矩和编码器噪声可能引起微振动

电磁或线缆干扰可能影响相机和IMU等高精度传感器

4) 下肢

A. 升降腿（伸缩、支撑、姿态调整）

典型实现方式：

电动执行机构，如滚珠丝杠系统、皮带驱动升降系统、齿轮齿条机构或剪叉式升降结构。旋转关节模组主要用于辅助驱动或姿态调整。

关键要求：

可靠的自锁/制动、抗冲击性、长使用寿命、高传动效率、IP防护、高低速扭矩，以及长期热稳定性。

B. 折叠腿（髋关节、膝关节、踝关节）

关键要求：

高峰值扭矩、优异的抗冲击性、高结构刚性、低背隙、可靠的制动/保持机构，以及过载保护。

模组要求：

这些关节接近主要承载关节，因此需要重点关注结构强度、轴承系统设计和输出接口的可靠性。

2,如何为不同机器人子系统选择关节模组？

双臂（肩部 / 肘部 / 腕部）

手臂关节（肩关节 & 肘关节）

手臂关节需要高扭矩密度、精确的运动控制和可靠的力控制能力。它们还需要轻量化结构，并通过集成传感支持人–机交互。

高扭矩密度可实现精确运动控制

集成扭矩传感器支持力控制和人–机交互

轻量紧凑的设计对于机械臂优化至关重要

推荐方案：

肩关节和肘关节推荐采用TCHL谐波关节电机。

躯干（腰部关节）

躯干（腰部关节）需要高结构刚性、高扭矩输出和强承载能力，因为它支撑整个上半身和双臂。走线和系统集成也至关重要。

大中空结构便于内部走线和集成

高扭矩输出可确保上半身支撑稳定

高结构刚性可提升整体系统稳定性

推荐方案：

机器人躯干（腰部）优先选用HPJM谐波关节电机。

头部模组

头部关节需要小型化、低振动和平稳的运动控制，尤其要保证视觉和传感器稳定性。

低噪音运行可确保传感器稳定性

极小振动可提高成像和感知精度

平稳的低速运动可实现精确定位

推荐方案：

紧凑型TCHL谐波关节模组

升降腿

升降腿需要高负载能力、可靠的垂直运动、长使用寿命，以及用于姿态调整和支撑的强抗冲击性。

持续运行下的高负载可靠性

适用于动态运动的强抗冲击性

高效率和长使用寿命

根据设计不同，驱动系统可采用直线或旋转方案。

推荐方案：

电动缸

滚珠丝杠直线执行器

HPJM谐波关节电机

即将推出的HPJM行星关节电机

折叠腿（髋关节 & 膝关节）

髋关节和膝关节需要极高的峰值扭矩、高结构刚度和强抗冲击性，因为它们是运动中的主要承载关节。

适用于动态运动的高峰值扭矩

用于承载支撑的高结构刚性

可靠的制动或保持能力

适用于行走和奔跑工况的强抗冲击性

推荐方案：

对于高负载腿部关节，HPJM谐波关节电机 是首选。

机器人关节选型原则总结

机器人关节模组选型应基于以下关键工程因素：扭矩需求、精度要求、抗冲击性、控制策略（力控制 vs 位置控制）、结构空间限制、成本优化

如需详细的关节模组选型指导和定制化机器人解决方案，请联系我们。

鸿磐提供机器人关节模组选型、系统设计和集成支持的一对一技术咨询。