人形机器人专题报告：拆解人形机器人结构（32页）

关节执行器（Actuators，简称为执行器）即机器人一体化关节，是影响机器人硬件成本 和运动性能的关键部分。关节执行器是驱动机器人执行机构（手臂、腿部等）运动的组件，安 装在机器人关节处（连杆机构的连接处），通过将电机的旋转运动转化为驱动连杆机构运动， 又被成为（关节）驱动器、（关节）致动器、关节模组。执行器有多种零部件组成，主要包括 电机（驱动装置）、减速器（传动装置）、编码器（传感装置）、控制板和控制软件（控制装 置）等。 按照运动类型，执行器可分为旋转执行器（Rotary Actuator）、线性执行器（Linear Actuator）。两者区别在于，线性（直线）执行器最终让物体沿直线移动，而旋转执行器则是 让物体按一定角度转动，即线性执行器执行往复直线运动，旋转执行器执行旋转运动。执行器 中，不同类型的电机可以提供旋转运动（旋转电机）、也可以提供直线运动（直线电机），而 不同传动装置也可以将电机的运动进行传递和转化，例如减速器可以将旋转电机的旋转运动以 降低速度、提高转矩的方式传递出去，而皮带和滑轮、齿轮箱以及丝杠等减速装置可将电机的 旋转运动转换成线性运动。一般来说，旋转执行器主要分布于肩髋等需要大角度旋转的关节， 线性执行器分布于膝肘等摆动角度不大的单自由度关节、腕踝两个双自由度但是体积紧凑的关 节。 驱动器方案经历了从刚性驱动器到弹性驱动器和准直驱驱动器的发展变化。针对双足机器 人（属于人形机器人）的驱动器研究已有 30 多年的历史，其中有三个关键事件：（1）1983 年，早稻田大学研究的 WL-10R 机器人使用刚性驱动器（一般被称为常规方案，Traditional Stiffness Actuator，简称 TSA），自此双足机器人开始广泛使用刚性驱动器为关节动力源；（2） 1995 年，麻省理工学院的 Pratt 等提出了串联弹性驱动器（Series Elastic Actuator，简称 SEA） 的概念，拉开了弹性驱动器研究的序幕，弹性驱动器以 SEA 为主。（3）2016 年，麻省理工 学院的 Wensing 等提出了准直驱驱动器（又被成为本体驱动器、半直驱驱动器，Proprioceptive Actuator 或 Quasi-Direct Drive，简称 PA 或 QDD）的概念，并将其应用于四足机器人 Cheetah 和双足机器人 Hermes。