在今年的世界機器人大會上，INNFOS（前沿驅動）推出了一系列商業化關節驅動器，之前基於其關節模組搭建的人形機器人XR-1完成了很高精度的穿針的雙臂協同操作，也由此很棒地登上了2月的IEEE Spectrum Video Friday封面：

圖為INNFOS的XR-1登上IEEE Spectrum Video Friday封面

藉由此次在北京的世界機器人大會的機會，

作者來到了INNFOS的展臺，向其技術人員詢問了INNFOS相關的技術特點並親自體驗了一把相關驅動器的效能，特地整理和分享如下。

關節驅動器選型彙總

從作者目前從INNFOS拿到的datasheet來看，其可供選擇的關節驅動器主要有如下幾類：

QDD系列（金屬材料行星減速箱，NE30和PR60為鋁合金，NU80為鋼）

QDD系列採用的是傳統鋁合金材料的行星減速箱，根據其電機型別不同，分為如下幾類：

QDD-NE30-36，減速比：36，額定扭矩：6。912Nm，峰值扭矩：20。7Nm，重量：300g，直徑：52mm，長度：68。9mm；（On stock）

QDD-PR60-36，減速比：36，額定扭矩：23。76Nm，峰值扭矩：72Nm，重量：717g，直徑：80mm，長度：66。6mm；（On stock）

QDD-NU80-6，減速比：6，額定扭矩：6。6Nm，峰值扭矩：19。8Nm，重量：453。1g，直徑：100mm，長度：37mm；（On stock）

在以上三款中，作者要特別地把QDD-NU80-6這款擰出來，這款驅動器的原理方案來自MIT的Cheetah Mini，遵循本體驅動器（Proprioceptive Actuator）的思路：

大輸出扭矩電機（諸如公版的T-Motor U8系列）+內置於電機中的行星齒輪箱（減速比為6）=一定的扭矩輸出能力+可靠精確的電流環力反饋能力+高動態力控響應能力

基於此原理的驅動器效能已經從MIT Cheetah Mini得到驗證，其非常適合輕量化四足機器人的搭建（軸向尺寸緊湊： 37mm），作者在這裡就不再做測評。QDD-NU80-6和MIT Cheetah Mini驅動器的相應引數對比如下，效能也非常接近：

QDD-NU80-6： 重量：453。1g，額定扭矩：6。6Nm，峰值扭矩：19。8Nm，幾何尺寸：100mm（直徑） x 37mm（軸向尺寸）；

MIT Cheetah Mini： 重量：480g，額定扭矩：6。9Nm，峰值扭矩：17Nm，幾何尺寸：96mm（直徑） x 40mm（軸向尺寸）；

作者實際親手感受了相關的產品實現，如下：

整體的做工上手感覺較為精細、完整度高，相較於原始版本的Cheetah Mini驅動器加裝了防塵設計，目前的售價定在5199RMB（來源於INNFOS工作人員）。

QDD-NU80-6上手圖，做工精細。

QDD LITE系列（複合材料行星減速箱）

QDD的LITE系列，在作者理解中應該是此次INNFOS方案做的比較新，售價比較低，主推的拳頭產品，其核心特徵是採用了複合材料，注意這裡複合材料的使用不僅僅是在驅動器Housing外殼上，同樣也是用在了行星減速器上。

QDD的LITE系列目前有如下3個子型號：

QDD LITE-EL20-36，減速比：36，額定扭矩：0。4Nm，峰值扭矩：3。2Nm，重量：79。7g，直徑：35mm，長度：45mm；

QDD LITE-NE30-36，減速比：36，額定扭矩：2。3Nm，峰值扭矩：10Nm，重量：232。1g，直徑：52mm，長度：68。8mm；（On stock）

QDD LITE-PR60-36，減速比：36，額定扭矩：5。1Nm，峰值扭矩：18Nm，重量：512。1g，直徑：80mm，長度：69。3mm；（On stock）

QDD LITE系列驅動器，從外觀上就可以看到複合材料製成的Housing。

作者後續的分析將集中於QDD LITE這款系列，具體的力控測評是在QDD LITE-NE30-36上。

QDD PRO系列 （諧波減速器）

DD系列 （無減速器）

以上兩個系列屬於較為傳統的方案和產品，作者在這裡不過多贅述，感興趣的朋友可聯絡INNFOS獲得相應Datasheet。

相關技術原理和特徵分析

QDD是什麼

QDD的英文縮寫是Quasi Direct Drive，即為半直驅驅動器，

這類驅動器方案運用在機器人領域的時間較短，最早是透過MIT Cheetah 2進入大眾的視線，MIT的科研人員稱這類驅動器方案為本體驅動器（Proprioceptive Actuator），並在2017年的一篇TRO中，詳細陳述了該類驅動器的特徵：

Wensing， Patrick M。， Albert Wang， Sangok Seok， David Otten， Jeffrey Lang， and Sangbae Kim。 “Proprioceptive actuator design in the MIT cheetah： Impact mitigation and high-bandwidth physical interaction for dynamic legged robots。” IEEE Transactions on Robotics （2017）。

雖然說半直驅方案（QDD）或者說本體驅動器已經在科研圈出現了好幾個年頭，同時國內也有諸如浙大絕影和宇樹科技Laikago採用此驅動器方案整合四足機器人，但INNFOS目前可能是作者看到的第一家主打QDD系列的模組化驅動器供應商，作者認為其對整體行業未來前景的嗅覺還是很靈敏的。

INNFOS所提的SCA是什麼

作者瞭解到INNFOS所提的SCA的全稱為Smart Compliant Actuator，這邊需要和SEA即Series Elastic Actuator做一個技術上的區分

。從技術原理來看，INNFOS的驅動器並不具備任何機械本體上的Compliant，對比於SEA中串聯的柔性彈性體而言，INNFOS SCA實現的柔性是控制層面上產生的柔性，諸如基於電流環的低阻抗控制展現的柔性等（後有影片）。

硬體力反饋實現方案

INNFOS在之前的對外宣傳文案中，有如下的陳述：

“我們執行器具有力矩感測功能，可以低成本的實現力控。與此同時，我們運用準直驅技術，以很小的減速比配上大扭矩密度的電機，便可以做到低成本、高產量的情況下實現力控。”

作者看到這個段落的時候，是很困惑的：關節驅動器中整合力矩感測器本身就是和低成本相矛盾。為此，作者求證了INNFOS的相關技術人員：INNFOS實現力反饋的原理僅僅是透過電流環，並沒有整合任何應變片的力矩感測器（或SEA原理的磁編碼器），這裡算是做一個糾正。

複合材料應用的優劣

之前作者提及到QDD LITE系列採用了複合材料製成驅動器內部結構中的行星減速器和驅動器Housing，具體採用的應該是三維編織的碳釺維尼龍複合材料。這類材料作者認為在驅動器的應用中有利有弊：

利：有效降低大規模的生產成本，價格低；

中：一定程度上能夠對驅動器輕量化有所幫助，但實質上對於QDD原理下使用較低減速比行星減速器的驅動器，效果並不明顯。QDD原理下驅動器重量的大頭在大扭矩電機的線圈和永磁體上。這裡就拿INNFOS的兩款產品做一個對比：

QDD-NU80-6，減速比：6，額定扭矩：6。6Nm，峰值扭矩：19。8Nm，重量：453。1g，直徑：100mm，長度：37mm；

QDD LITE-PR60-36，減速比：36，額定扭矩：5。1Nm，峰值扭矩：18Nm，重量：512。1g，直徑：80mm，長度：69。3mm；

前者採用的金屬行星減速器，後者採用了複合材料，在輸出扭矩能力和幾何尺寸較為相近的情況下，QDD-LITE的複合材料並不具有明顯的輕量化優勢。

弊：這類複合材料的一個核心缺陷是在施加較大的扭矩時，其形變數較金屬材料要大很多，不適合定位在大扭矩負載的驅動器中使用。

實際力控效能測評

之前提及到採用複合材料的QDD-LITE全系採用的減速比是36，實際上36這個減速比用電流環做力控還是稍顯大一些的，對於具體的力控效能，作者在INNFOS的展臺直觀體驗瞭如下3個Demo：（使用驅動器的具體型號是QDD LITE-NE30-36）

低阻抗控制

重力補償

碰撞檢測

作者體會過Emika Franka Panda和KuKA LWR iiwa的相應效能，低阻抗和重力補償在肉感上感受的差距不大，但在碰撞檢測方面，感受到較為明顯的閾值力。

產品定位和前景分析

對於INNFOS此次推出的關節驅動器，其實作者認為其驅動器核心特點是QDD，即半直驅原理。相應地，其也是國內第一家推出較為完備QDD原理的驅動器供應商，這個獨闢蹊徑地針對到QDD領域，作者還是看好的。

QDD原理決定了硬體實現成本較低

因為使用電流環做力控的原因，QDD原理的驅動器不需要有額外的機械結構件（附著應變片或編碼器），可以有效地降低驅動器的硬體實現成本。從INNFOS的技術人員瞭解到，使用複合材料的QDD LITE-NE30-36在大批次下，可以做到1000元左右（以下）的售價。

QDD-NU80-6(MIT Cheetah Mini方案款)恐大賣

在MIT Cheetah Mini實現硬體開源後，國內就有廠商（淘寶）推出了類似原理的驅動器，目前QDD-NU80-6是作者看到的做工最精細、整合度最高的方案。這款原理的驅動器，因為軸向尺寸緊湊、輸出扭矩密度大的特性，不僅僅適合四足機器人的搭建，還很適合機械臂末端執行器的驅動器選型（可替代Maxon EC和DC系列軸向尺寸較長的電機方案），因此作者預估會受到國內外機器人研究所或高校較大的關注。

相應的產品定位

對比於國外模組化驅動器的高昂定價（如來自ETH ANYDrive的SEA將近45000RMB的售價），QDD LITE將近1000元的售價是極其有吸引力的。這點的話，並不是所有的市場需求都是針對高負載、高精度的科研或者工業級應用，桌面級別的針對創客、機器人教育（高中與大學機器人競賽）的廉價關節模組也將會是一片廣闊的市場——填補此市場需求的空缺，INNFOS的定位還是相當明智的。

本文作者：任賾宇 編輯：Alley

END

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