Сустав HIGEN слушает редуктор двумя энкодерами вместо тензодатчика
У гуманоидного робота удар в стопу, толчок в локоть или зажатая кисть сперва приходят в зубья редуктора. Центральный контроллер узнаёт об этом с задержкой сети, шины и собственного цикла управления. В HIGEN RNM решили дать суставу локальное чувство контакта: наблюдать, насколько выход редуктора отстаёт от ротора, и считать это частью измерительной системы.
Компания 31 августа представила Human-Friendly Actuator Platform — шесть конфигураций для основных суставов гуманоидного робота. Их заявленный пиковый момент лежит в диапазоне 60–348 Н·м. Старшая HFA150A-348P22 предназначена для hip pitch или knee: каталог указывает 116 Н·м номинального момента, 348 Н·м пикового, 127 rpm, массу 3 кг и габариты Ø150 × 100 мм.
Редуктор становится измерительным элементом
Внутри модуля собраны двигатель, составной планетарный редуктор 3K, инвертор с управляющей электроникой и два 24-битных энкодера. Один смотрит на вал мотора, второй — на выходное звено. Если привести угол ротора к выходу через передаточное отношение N, появляется величина Δθ = θmotor/N − θoutput. При нагрузке она включает упругую деформацию трансмиссии, люфт и ошибки модели.
Именно этот далеко не идеальный механизм можно использовать как квазиторсионный сенсор. Зная карту крутильной жёсткости и имея оценку электромагнитного момента по фазному току, контроллер способен отделять ожидаемое движение от внешнего возмущения. Отдельный strain-gauge torque transducer для такой оценки не нужен. Зато требуется калибровка: жёсткость планетарной передачи зависит от направления, момента, температуры, смазки и положения зубьев, а люфт ломает простую линейную связь между Δθ и силой на выходе.
HIGEN заявляет sensorless disturbance observer, который также использует IMU, датчики тока и температуры. Компания говорит о sensing interval 100 мкс и реакции на disturbance менее 100 мс. Смысл здесь не в красивой цифре задержки, методика которой пока не опубликована. Контур force/stiffness control переносится в привод: он может отрабатывать столкновение на месте, пока верхний уровень продолжает решать кинематику, баланс и траекторию.
Сервопривод с собственным рефлексом
Платформа также показывает, как меняется граница между мотором и компьютером робота. В корпусе сустава уже находятся DC-шина, FOC-инвертор, редуктор, измерение положения и тока, оценка возмущений и связь по CAN, EtherCAT либо RS485. Робот можно собирать как сеть таких сервосистем с общим питанием и полевой шиной, не прокладывая к каждому мотору сырые аналоговые сигналы датчиков.
Есть важная поправка к образу «осевого мотора в каждом суставе». Пять выбранных HIGEN конфигураций используют AFPM, axial-flux permanent-magnet motor. Самая компактная HFA60I-60P51 для шеи и запястья построена на RFPM с внутренним ротором. Поэтому чудо платформы лежит в общей архитектуре привода и sensing, а не в единственной геометрии машины.
Где заканчиваются подтверждённые данные
Все ключевые динамические свойства пока остаются заявлениями производителя. Для backdriving torque менее 1 Н·м, сокращения объёма на 30%, роста torque density на 30%, точности оценки внешнего момента и времени реакции нет опубликованных динамометрических кривых, условий испытаний или сравнения с эталонным датчиком момента. Но сама ставка на редуктор как на измерительный элемент очень инженерно здорова: трансмиссия перестаёт быть непрозрачным усилителем момента и становится частью контура восприятия.