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中国科技论文在线 # 仿人机器人关节的电机伺服系统 杨炀，杨明，徐殿国* （哈尔滨工业大学电气工程系，哈尔滨 150000） 摘要：本文围绕电机伺服系统在仿人机器人上的应用，简要介绍了电机伺服系统各部件的发 展现状和几款适用于仿人机器人的电机伺服系统，并在此基础上分析了系统选型时须要重点 考虑的因素。指出了今后仿人机器人关节电机伺服系统发展的方向和应着重研究的方面。 关键词： 电气传动；仿人机器人；伺服系统；永磁同步电机 中图分类号：TP242 The Motor Servo System of Humanoid Robot Yang Yang, Yang Ming, Xu Dianguo (Dept. of Electrical Engineering, Harbin Institute of Techlogy,Herbin 150000) Abstract: This paper surveyed the current situation of the various components of motor servo systems which apply on humanoid robot. Introduced several models motor servo system applied to humanoid robots, and analyze the key problems when selecting a servo system. The future directions of innovations in humanoid robot joint motor servo system are pointed out, and the focal points of the future research are given. Keywords: electric Drive ; humanoid robot; servo system; PMSM 0 引言 2000 年，日本本田公司发布的仿人机器人 ASIMO 吸引了全世界的目光。过去十年里， 得益于计算机、电气工程、材料工程、传感器科学等相关学科的发展，仿人机器人技术也有 了长足的发展[1] 。世界范围内，各个公司、大学、研究所开发了数以百计的仿人机器人。其 中较为突出的有日本本田公司、美国麻省理工大学、俄亥俄州立大学、北京理工大学、哈尔 滨工业大学等[2] 。仿人机器人由控制系统、关节伺服系统、传感器系统、能源系统和本体结 构五部分组成。关节伺服系统按驱动方式可以分为液压伺服、气动伺服、电机伺服、压电伺 服等。这几种系统中，液压伺服抗污染能力差、调试维护困难、瞬间过载能力低；气动伺服 非线性程度高、定位刚度小；电机伺服通常需要减速机构，使其体积增大；压电伺服一般不 需要减速机构，易于实现微型化，但其驱动电路复杂，多用于微型机器人或仿人机器人的手 指关节[3] 。比较几种伺服系统的优缺点，电机伺服系统，尤其是旋转电机伺服系统由于技术 成熟、可靠性高、刚度强、较易驱动，是目前仿人机器人关节伺服系统的首选。 许多文章详细介绍了工业用电机伺服系统的选型方法，但在仿人机器人中，由于使用电 池供电，供电电压低、功率/ 能量密度受限，且机器人的体积、重量均有严格的要求，所以 仿人机器人关节中使用的电机伺服系统有其特殊的要求。例如低工作电压、低损耗、高功率 密度、轻重量、单一电源供电、高可靠性。 本文围绕仿人机器人的需求特点，对其关节电机伺服系统的组成、类别、现有产品的性 能和功能进行介绍和对比，为相关领域的伺服系统选型提供依据。 基金项目：863计划项目(2008AA042602)。 作者简介：杨炀（1985-），男，硕士研究生，从事电气传动技术研究. E-mail: yangyang.ee@2004. - 1 - 中国科技论文在线