人形機器人也稱為仿人機器人，是一種模仿人類外形和動作的智能機器人。人形機器人有類似于人類的身體結(jié)構(gòu)，比普通機器人更強大也更復(fù)雜，需要在不同環(huán)境中移動或者操作物體。一款看似普通的人形機器人就兼具傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)等。人形機器人自身的復(fù)雜性決定了它工業(yè)設(shè)計部分的挑戰(zhàn)性。

人形機器人工業(yè)設(shè)計難點

一句話概括即各個環(huán)節(jié)的平衡設(shè)計上，平衡設(shè)計也是浪尖設(shè)計一以貫之的設(shè)計理念。下面來詳細(xì)分析下：

一、外觀設(shè)計上

1.外觀設(shè)計與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的平衡

外觀造型上要做到逼近人類外形，身體各部位能容納復(fù)雜的機械、電子元件和驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)高度的靈活性與功能性。

2.外觀造型和重心穩(wěn)定的平衡

整體比例與重心協(xié)調(diào)上的平衡，既要符合審美又要確保其在各種運動狀態(tài)下的重心穩(wěn)定。

例如，腿部的長度、粗細(xì)以及腳部的大小和形狀，都需要根據(jù)機器人的整體重量分布和運動需求進行精確設(shè)計，以防止在行走、跑步或進行其他動作時摔倒。

二、材料選擇上

1．材料輕量化

設(shè)計師需要注意強度與輕量化兼顧，盡量選擇高強度材料來承受機器人運動時產(chǎn)生的力和扭矩，同時還要關(guān)注材料的輕量化，以減少能源消耗和對驅(qū)動系統(tǒng)的壓力。

像機器人的骨架結(jié)構(gòu)，采用高強度鋁合金或碳纖維等材料，既能保證結(jié)構(gòu)強度，又能減輕整體重量。

2.多材料運用的兼容性

為保證機器人各功能的正常運行，不同部位的材料有著不同的要求，需使用金屬、塑料、橡膠、復(fù)合材料等多種材料。這就要求工業(yè)設(shè)計師在設(shè)計時充分考慮不同材料之間的兼容性，包括物理性能、化學(xué)穩(wěn)定性等方面，以確保機器人的整體性能和壽命。

三、生產(chǎn)工藝與成本控制

1．生產(chǎn)工藝要求

由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，對制造精度有很高的要求，所以對生產(chǎn)工藝提出了挑戰(zhàn)。需要采用先進的制造技術(shù)和設(shè)備，來保證零件的制造精度和裝配質(zhì)量，如3D打印、精密加工等。

2.成本控制

由于市場競爭的需要，在滿足機器人性能和功能的前提下，控制生產(chǎn)成本很有必要，這需要設(shè)計師在設(shè)計階段就考慮材料選擇、生產(chǎn)工藝、零部件通用性等因素，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)流程，降低不必要的成本支出。

以上就是人形機器人在工業(yè)設(shè)計過程中會經(jīng)常遇到的主要問題。

人形機器人工業(yè)設(shè)計案例

根據(jù)機器人應(yīng)用領(lǐng)域的不同，可以分為工業(yè)機器人、服務(wù)機器人、醫(yī)療康復(fù)機器人、陪護機器人、物流機器人及特種機器人等。

浪尖設(shè)計團隊為湖北一家科技公司設(shè)計的這款人形機器人，是面向智慧物流的人形機器人。在該項目中，浪尖提供了外觀設(shè)計+結(jié)構(gòu)設(shè)計+手板制作等服務(wù)。

在設(shè)計手臂和手部時，設(shè)計師需在有限空間內(nèi)集成關(guān)節(jié)驅(qū)動裝置、傳感器等，同時保持手部的抓取和操作能力。該人形機器人可以實現(xiàn)自主移動速度>4km/h:雙臂負(fù)載能力≥10kg；單次工作時長≥3h。整機通電后準(zhǔn)備時間小于5分鐘并在典型物流場景完成應(yīng)用驗證。

上海浪尖設(shè)計承接各類機器人設(shè)計項目。成立以來，參與設(shè)計過的機器人有巡檢機器人、醫(yī)院物流機器人、陪護機器人、各類服務(wù)機器人、AGV，醫(yī)療康復(fù)機器人等。有機器人相關(guān)設(shè)計需求，您可與我們項目人員取得聯(lián)系，上海浪尖愿與您一道共創(chuàng)、共生、共贏！