特斯拉機(jī)器人作動器的動力關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖

在特斯拉發(fā)布機(jī)器人的AI Day中，Actuator這個詞被反復(fù)提及。其實(shí)Actuator這個詞在翻譯起來有時有些別扭，很多地方翻譯成“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”，但是其實(shí)它一般指一個部件，所以我覺得還是翻譯成“作動器”比較的“信達(dá)雅”。其實(shí)簡單來說就是產(chǎn)生動作的裝置。而這次特斯拉機(jī)器人Teslabot的在Tesla AI Day 2022中的展示中，我最關(guān)注的其實(shí)就是作動器。 ?

特斯拉機(jī)器人的電氣部件示意圖（來源：Tesla） ? 在Teslabot使用的作動器一共有28個，分為6個規(guī)格，其中兩種類型主要是旋轉(zhuǎn)和直線兩種類型。 ?

特斯拉機(jī)器人中使用的6種作動器類型（來源：Tesla） ? 旋轉(zhuǎn)作動器其實(shí)沒有太多新奇的地方，在一般的協(xié)作機(jī)器人的動力關(guān)節(jié)上都有類似的高度集成的設(shè)計(jì)。基本都是采用中空的直驅(qū)電機(jī)（DD）加上抱閘和減速機(jī)等部件實(shí)現(xiàn)的。在電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖中的Magnets就是指直驅(qū)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的永磁體。 ?

協(xié)作機(jī)器人動力關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖（來源：網(wǎng)絡(luò)搜索） ? 但是其中還是有兩個地方值得說一下。 ?

特斯拉作動器的結(jié)構(gòu)示意圖（來源：Tesla） ? 在一般作動器里面使用制動器作為一種斷電后的保護(hù)設(shè)計(jì)，但是在Teslabot中我們看到了機(jī)械離合器的設(shè)計(jì)（Mechanical Clutch）。雖然很多電動制動器和電動離合器在結(jié)構(gòu)上就是近親，電動離合器有時就是制動器在結(jié)構(gòu)上稍有變化而已，但是這次Teslabot里面使用離合器而不是制動器，讓我好奇它的安全狀態(tài)如果也是鎖止的話，可能將制動和離合集成在一起的設(shè)計(jì)。在斷電情況下就是一個制動器，在得電情況下可以輸出扭矩。至于是否還有限制扭矩輸出，安全閉環(huán)控制等功能就不得而知了。從離合器的體積來看，應(yīng)該是個電磁式制動器，而位置又在減速機(jī)的出軸側(cè)，應(yīng)該是承擔(dān)了一定的安全設(shè)計(jì)要求的。 ?

電磁離合器示意圖（來源：KEB） ?

特斯拉機(jī)器人作動器結(jié)構(gòu)示意圖（來源：Tesla） ? 有意思的地方是直線作動器的設(shè)計(jì)。一開始我以為應(yīng)該是采用直線電機(jī)的設(shè)計(jì)，畢竟這樣結(jié)構(gòu)可以比較簡潔，而且業(yè)界早就有成熟的設(shè)計(jì)（Cylindrical Linear Motor） ?

直線電機(jī)全球市場趨勢（來源：Transparency） ?

圓柱直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（來源：Oswald）

圓柱直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（來源：網(wǎng)絡(luò)搜索） ? 但是一看直線作動器里面的磁體方向和旋轉(zhuǎn)作動器里面的磁體方向一致，就明白了，這個直線作動器也是旋轉(zhuǎn)作動器一樣的旋轉(zhuǎn)磁場設(shè)計(jì)。而奧妙就在一個被稱之為“行星滾柱”（Planetary Roller）的結(jié)構(gòu)中。 ? ? ? 在一些需要小體積的將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的場合，將行星減速機(jī)（Planetary Gearbox）和絲杠結(jié)構(gòu)結(jié)合的設(shè)計(jì)就出現(xiàn)了，在需要較大直線推力的情況下，行星滾柱結(jié)構(gòu)的能量密度還是非常高的。 ? 這種行星滾柱絲杠結(jié)構(gòu)早在1942年由Carl Bruno Strandgren申請了法國專利，而1965他又在美國申請了循環(huán)滾柱絲杠的專利，這樣的結(jié)構(gòu)就更加緊湊和高效，類似滾珠絲杠的循環(huán)來增加效率。 ? 有意思的是對行星滾柱絲杠的關(guān)注主要來自于運(yùn)動控制領(lǐng)域，如AB，Bosch Rexroth，Moog等。如果Teslabot堅(jiān)持使用這種滾柱絲杠結(jié)構(gòu)，也許會讓這種“老技術(shù)”煥發(fā)新的活力。 ? 整體來說，Teslabot中的作動器集成度都非常高，其中將旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的集成度跟協(xié)作機(jī)器人類似，而直線執(zhí)行器將電機(jī)和行星滾柱絲杠的結(jié)合也是將常見的絲杠電機(jī)推到了一個新的高度。編輯：黃飛

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