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特斯拉灵巧手
随着工业自动化和人工智能技术的持续精进,机器人的角色正从单一重复任务的承担者,转变为能应对复杂多变情境的智能体。这一进化过程中,#灵巧手 作为关键交互工具,其重要性随之提升。
它使机器人能够执行从基本抓取到精细操纵等一系列任务,由此显著拓宽了机器人的应用领域,并增强了其在多样化场景中的操作能力。
其中,#特斯拉optimus机器人 的灵巧手受到各方的关注。它高度模仿人类手部的结构和运动方式,具备精细的抓取和操作能力,并能通过触觉反馈感知物体属性。

专利解读
从特斯拉公布的灵巧手专利文件中,我们可以看到optimus机器人灵巧手的机械设计。其采用电机驱动蜗轮蜗杆减速器,通过蜗轮轴端的线轮卷绕高强肌腱绳,实现手指关节的精准运动控制。简单来说就是由空心杯电机、蜗轮蜗杆结和腱绳来实现传动。

其中,蜗轮蜗杆的作用是利用蜗杆的螺旋齿面与蜗轮轮齿之间的相对滑动摩擦来传递运动和动力,同时起到减速和锁定作用。其优势是其在能在极端空间约束下,对减速比、自锁性、布局灵活性和精度等核心需求进行极致优化。

特斯拉与陶世蜗轮蜗杆结构之间对比
从结构图上可以看到,特斯拉所使用的蜗轮蜗杆减速机是传统的阿基米德蜗轮蜗杆结构。而陶世采用的是环面包络蜗轮蜗杆结构,在需要同等输出扭矩的情况下,陶世环面包络蜗轮蜗杆结构可以更加小巧;在同等体积情况下,陶世环面包络蜗轮蜗杆拥有更大扭矩。
传统阿基米德蜗轮蜗杆结构的单齿咬合方式现如今仍存在固有局限:
一、轮蜗杆单齿线接触的啮合形式导致应力高度集中于齿根部位,容易加剧磨损;


二、特斯拉官方虽未公开披露蜗轮蜗杆的具体材质,不过根据工程实践、蜗轮蜗杆传动的特性以及特斯拉灵巧手的设计目标,我们可以分析其材料选择大概率为锡青铜,或者是高性能工程塑料。

但这两者的承载力和刚性都很弱,锡青铜材质蜗轮抗拉强度仅为200-250M,此类小模数还会出现传动中的受力不均,承载力受限、使用寿命以及精度保持性降低等问题。
针对这些技术瓶颈,陶世智能研发的#环面包络蜗轮蜗杆减速器 实现了核心突破:
首先,独特的环面啮合几何设计使蜗杆螺旋面与蜗轮齿廓形成连续包络,实现多个齿面的同步接触,这一设计带来显著优势-
1.高承载能力:多齿啮合大幅增加了接触面积,有效分散载荷。
2.传动精度优异:载荷分布均匀,确保传动过程平稳,显著降低传动误差。
3.使用寿命延长:减少局部应力集中与磨损,提升整体耐久性。

环面包络蜗轮蜗杆与普通蜗轮蜗杆对比
其次,材料体系全面升级。陶世蜗轮蜗杆采用特种钢材料,外壳采用7075航空铝材料,重量降低30%以上,承载力提升100%以上,抗拉强度提升至1300MPa,在保持自锁特性的同时,显著提升抗磨损能力以及使用寿命。并且采用陶世环面包络蜗轮蜗杆减速机模组的灵巧手,可实现20个直驱自由度。

最终在场景验证中,该方案展现出显著优势:
在测试中,陶世蜗轮蜗杆减速机经200万次负载测试后精度衰减率小于0.5%,运动精度达到±0.015mm;扭矩密度达500Nm/Kg;连续工作寿命超10000小时。可稳定实现25kg级握持力。在保持微型化优势(整机重量仅9-49g)的同时,实现单关节1-6Nm扭矩输出。

在8mm中心距的灵巧手关节模组负载测试中
臂杆10cm(相当于指尖末端距离)的动态负载能力为1.6kg
陶世智能的环面包络蜗轮蜗杆技术实现了传动性能与可靠性的全面提升,为追求高负载、高精度、和长期可靠运行的机器人灵巧手提供了更具竞争力的核心传动解决方案。
关于陶世

陶世智能科技(深圳)有限公司,是国家高新技术企业,前身为“深圳市陶氏精密技术有限公司”,成立于2016年。公司是深圳专精特新企业,中央政府供应商入库企业、AAA信用企业、创新性中小企业。公司专注于高精密传动部件的研发、生产和销售。
历时8年研发,独创的微型环面包络多齿咬合高性能减速机在世界高精密减速机领域独树一帜,先后荣获多个国家级荣誉和多项研发专利。目前,陶世的微型高性能减速机广泛应用于高精密工业自动化、工业机器人、航空航天、军工、医疗器械、人形机器人等多种高科技领域。凭借高效可靠的传动解决方案,为各类型高精密机械设备提供了强有力的支持。
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