機(jī)器人的大事件，INNFOS團(tuán)隊(duì)研發(fā)出超低成本高性能機(jī)器人關(guān)節(jié)

“智能新生態(tài)，開(kāi)放新時(shí)代”2019世界機(jī)器人大會(huì)于8月20日-8月25日，在北京亦創(chuàng)國(guó)際會(huì)展中心舉辦。

INNFOS作為高端機(jī)器人的智能柔性執(zhí)行器方案提供商，攜自主研發(fā)的全系列智能柔性執(zhí)行器SCA(Smart Compliant Actuator)參展。其展位更是有六軸機(jī)械臂、六足機(jī)器人、四足機(jī)器人、Delta機(jī)器人等多個(gè)機(jī)器人，吸引了眾多觀眾和媒體的關(guān)注。

在機(jī)器人行業(yè)中，只要需要讓機(jī)器人動(dòng)起來(lái)就會(huì)用到驅(qū)動(dòng)模塊。舵機(jī)因其性能太弱常常應(yīng)用于航模和玩具機(jī)器人，伺服電機(jī)因其體積過(guò)大、剛性過(guò)強(qiáng)而更多的應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人。在超低性能的舵機(jī)和超高性能的伺服電機(jī)中間出現(xiàn)了很大的斷層。

INNFOS SCA的出現(xiàn)正好解決了這一難題。它高度集成了伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)，編碼器和減速器，具有高度集成、高精度、總線控制、大扭矩輸出、易使用性等多重特性。INNFOS SCA的售價(jià)均在萬(wàn)元以內(nèi)，降低了高端機(jī)器人硬件成本，在發(fā)布之初就受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

然而，令業(yè)界更加興奮的一件事是，INNFOS又發(fā)布了SCA親民版——QDD Lite系列。INNFOS展品中的六軸機(jī)械臂、六足機(jī)器人、Delta機(jī)器人關(guān)節(jié)均由QDD Lite系列執(zhí)行器搭建。

QDD Lite系列器為INNFOS SCA執(zhí)行器的入門(mén)系列，它將INNFOS SCA標(biāo)準(zhǔn)版的部分金屬結(jié)構(gòu)件，替換成了INNFOS自主研發(fā)的強(qiáng)化復(fù)合材料，利用多材料結(jié)合生產(chǎn)制造工藝加工而成。

QDD Lite系列有三個(gè)型號(hào)，分別為QDD Lite-EL20，QDD Lite-NE30和QDD Lite-PR60。最小型號(hào)的QDD Lite-EL20執(zhí)行器售價(jià)在千元以內(nèi)，價(jià)格和舵機(jī)相近，但其性能卻非舵機(jī)這一量級(jí)可比。

在一些簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)中，如電動(dòng)玩具等，都是采用舵機(jī)作為其執(zhí)行機(jī)構(gòu)。舵機(jī)的控制方式較為簡(jiǎn)單，因此它給產(chǎn)品帶來(lái)的局限性也很大。而QDD Lite系列相比于舵機(jī)，存在多方面的優(yōu)勢(shì)。

以控制方式為例，舵機(jī)以一般以PWM通信為主，主機(jī)通過(guò)脈寬調(diào)制向舵機(jī)發(fā)送角度信息。但此種通信方式是開(kāi)環(huán)的，舵機(jī)是否完成指令，何時(shí)完成指令，以及運(yùn)動(dòng)速度等等信息是不得而知的。然而在很多應(yīng)用中，整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制過(guò)程中的實(shí)時(shí)位置、速度、扭矩等數(shù)據(jù)都需要能得到的，這也就注定舵機(jī)無(wú)法提高產(chǎn)品的等級(jí)特性。

舵機(jī)只有一種控制方式，即位置(角度)控制，無(wú)法滿足其他模式下的應(yīng)用，并且沒(méi)有任何的安全保護(hù)措施。長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)或過(guò)載極其容易造成舵機(jī)的燒毀，甚至引發(fā)火災(zāi)。若將執(zhí)行機(jī)構(gòu)換成能夠閉環(huán)控制的傳統(tǒng)伺服電機(jī)，則無(wú)論是在成本還是體積上都是小型產(chǎn)品所難以承受的。

QDD Lite系列執(zhí)行器不僅體積小巧，而且擁有一套完整的伺服控制系統(tǒng)，高度集成的電路中，擁有穩(wěn)定高效的控制能力。執(zhí)行器內(nèi)部?jī)?nèi)置一顆高性能多核浮點(diǎn)運(yùn)算處理器，專門(mén)用來(lái)處理電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的高精度控制。

QDD Lite系列執(zhí)行器擁有標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)伺服系統(tǒng)，如電流模式、速度模式、位置模式等等，具備過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)，堵轉(zhuǎn)保護(hù)等多種 保護(hù)功能，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性。其完全閉環(huán)的控制方式，在控制精度和執(zhí)行性能上完全不是舵機(jī)能夠比擬的。QDD Lite系列即解決了舵機(jī)控制精度不夠的問(wèn)題，也解決了伺服器成本高和體積大的問(wèn)題，是小型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用的最佳選擇。

從運(yùn)動(dòng)范圍來(lái)看，舵機(jī)的通信方式較為簡(jiǎn)單，傳輸?shù)男畔⒘恳彩钟邢?。因此舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)范圍一般小于一圈，在眾多的玩具產(chǎn)品中這個(gè)范圍是大體夠用的，但如果應(yīng)用場(chǎng)所稍微在復(fù)雜一些，受限的運(yùn)動(dòng)范圍就會(huì)捉襟見(jiàn)肘。不僅如此，應(yīng)用了舵機(jī)的控制系統(tǒng)每次在初始化時(shí)都需要將舵機(jī)歸位，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)無(wú)法在上電時(shí)獲取其具體位置。

QDD Lite系列執(zhí)行器擁有±127圈的運(yùn)動(dòng)范圍，在電流或速度模式下，運(yùn)動(dòng)范圍不受限制。這就大大擴(kuò)展了其應(yīng)用場(chǎng)所，既能實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制，也在連續(xù)運(yùn)動(dòng)下控制其運(yùn)動(dòng)速度。執(zhí)行器在其控制系統(tǒng)中內(nèi)置了一顆低功耗控制器用以記錄當(dāng)前位置數(shù)據(jù)，主機(jī)在開(kāi)機(jī)后直接讀取就能得到當(dāng)前的位置，無(wú)需再進(jìn)行歸位操作。

除此之外，舵機(jī)采用的供電電壓大多是固定的，如5V，15V等。對(duì)電壓的精準(zhǔn)度要求較高，需要提高專門(mén)的電源為其供電。QDD Lite系列執(zhí)行器的供電范圍為24-45V，擁有舵機(jī)所不具備的寬電壓輸入，這意味著供電設(shè)備的可選范圍大大增加，降低了電源適配的難度。

總而言之，無(wú)論是在控制方式、運(yùn)動(dòng)范圍，亦或是供電方式上，QDD Lite系列執(zhí)行器都比舵機(jī)更有優(yōu)勢(shì)，成為行業(yè)內(nèi)低成本高性能、性價(jià)比超高的消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，大大降低了高端機(jī)器人本機(jī)研發(fā)成本，降低了INNFOS SCA的消費(fèi)門(mén)檻。

有業(yè)界人士認(rèn)為，INNFOS發(fā)布的QDD Lite系列執(zhí)行器，或因其低成本高性能特性，甚至有望取代舵機(jī)市場(chǎng)。盡管這樣猜測(cè)還有待驗(yàn)證，但從目前機(jī)器人硬件市場(chǎng)的情況來(lái)看，QDD Lite系列的出現(xiàn)的的確確解決了舵機(jī)的很多問(wèn)題。對(duì)于機(jī)器人硬件行業(yè)來(lái)說(shuō)，這將是一件無(wú)限利好的事。