5. 结构设计

5.1 单腿部组件

Spot单腿重量为4.2kg,包括3个电机和2套减速器,丝杠传动,外壳等:

为了降低重量,腿部采用大量玻璃纤维填充树脂,侧展电机可以实现对整腿的安装:

Spot的侧展和大腿采用了50:1减速比传动,膝关节则由布置与大腿顶部电机通过丝杠进行减速传动,相比目前国内比较常用的行星减速方案,Spot这样的传动方式更加直接,可以看到Ghost的Vision60也采用了这样的方案,首先其线缆得到了保护,另外整个腿装配也不会像MIT大小腿电机完全背靠背一样难以装配和维修

5.2 膝关节与大腿部组件

比较有特点的膝关节传动和大腿结构,驱动器直接进行了一体化集成:

由于Spot采用多编码器方案,其在膝关节处任然安装了相关的传感器,因此大腿部分除了丝杠外还存在编码器数据线:

上述编码器可以直接测量膝关节角度,但是实际使用中由于间隙和连杆磨损,导致膝关节的角度和FOC控制的角度不一致,因此其也在丝杠处采用环形编码器来测量精确输出轴角度:

除此之外还具有测量丝杠负载扭矩的应变片,由于丝杠传动的特殊性,这里可能没有直接采用类似MIT ODD电流反算的方式,另外我们知道机器人在步态运动中膝关节扭矩是在接触瞬间和支撑中变化最大的,因此更精确的膝关节扭矩反馈能提供更好的控制效果:

5.3 膝关节电机

膝关节电机是直接集成在大腿后部可拆卸模组的,可以看到这个电机相比同重量如X20或B1的尺寸小了很多,驱动板直接安装在电机背部,采用编码器对电机上转子的磁铁进行检测;

Spot驱动板设计的感觉还是非常精简,电容并没有直接集成在电路板上而是采用多个电解电容外置:

膝关节电机参数为该电机是20极18槽的SPM (Surface Permanent Magnet) 型同步电机:

5.4 大腿结构

Spot大腿为了降低重量,主要采用铝合金进行铸造,最后采用外壳进行保护,这样相比整个腿采用完整铝合金件在做镂空或挖槽虽然组装复杂了但是能保证更轻和更多的走线空间:

5.5 膝关节转轴组件

Spot膝关节部分采用一个一体成型的注塑件,在关节部分预支了编码器安装的空间:

内部结构也考虑了连杆和走线的空间:

膝关节角度通过轴带动码盘,进一步采用圆形霍尔来测量角度:

5.6 一体化驱动关节模组

Spot整个单腿模组采用了三个单元集成,这样利于单独安装与装配,相比背靠背的方案,最大区别就是膝关节电机部分

大小腿电机与膝关节电机相同,但是采用的是谐波减速驱动的方式:

霍尔IC电路板搭载有刻有“MU Y2HC_44 19702”的德国iC-Haus的霍尔IC减速机构采用“谐波驱动”。谐波驱动的型号由于有很多类似的系列而无法识别,减速比是50:1