超高分子量聚乙烯機(jī)器人腱繩

　　超高分子量聚乙烯機(jī)器人腱繩在一定程度上模擬了人手的肌腱結(jié)構(gòu)，腱繩傳動(dòng)使得大型的驅(qū)動(dòng)器遠(yuǎn)離了執(zhí)行機(jī)構(gòu)，減輕末端的負(fù)載和慣量，提升了抓取的速度，靈活性大大提升。同時(shí)腱繩適用于空間狹小且需要驅(qū)動(dòng)自由度數(shù)目較多的傳動(dòng)場(chǎng)合，較連桿等傳動(dòng)方式更節(jié)省空間。然而腱繩傳動(dòng)也有其應(yīng)用難點(diǎn)，包括負(fù)載能力較弱，預(yù)緊力變化大，負(fù)載越大效率越低等。

　　機(jī)器人腱繩材料

　　機(jī)器人腱繩材料整體分為不銹鋼、高分子纖維兩大類(lèi)，高分子纖維的使用更為廣泛。材料的選擇除了要考慮強(qiáng)度和模量以外，還應(yīng)在長(zhǎng)期工作中具有較低的蠕變，并適應(yīng)高低溫和輻射。鋼絲繩兩端難以固定，并且只能采用較大的繞線半徑，負(fù)載能力小，壽命短，高分子纖維使用更為廣泛。

　　用于連接和固定，通常由高強(qiáng)度材料制成，比如UHMWPE（超高分子量聚乙烯纖維）。

　　超高分子量聚乙烯纖維憑借高強(qiáng)度、輕量化及優(yōu)異柔韌性，在機(jī)器人靈巧手腱繩、輕量化外殼型材、柔性關(guān)節(jié)保護(hù)件等場(chǎng)景具備顯著技術(shù)適配優(yōu)勢(shì)。

　　選擇繩驅(qū)方案是因其對(duì)靈巧手而言潛力最大。通過(guò)電機(jī)外置設(shè)計(jì)，繩驅(qū)方案能在結(jié)構(gòu)上解決靈巧手尺寸、自由度、負(fù)載、速度的“不可能四角”的問(wèn)題，同時(shí)這四個(gè)方面做到極高水平，接近人手性能，這是其他方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

　　機(jī)器人腱繩：前景廣闊的靈巧手傳動(dòng)方式

　　靈巧手是人形機(jī)器人的關(guān)鍵部件。靈巧手具有負(fù)載能力、運(yùn)動(dòng)能力、控制能力和感知能力等，對(duì)人形機(jī)器人的功能實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。靈巧手的技術(shù)壁壘極高，一個(gè)典型的靈巧手硬件系統(tǒng)通常由以下幾個(gè)關(guān)鍵部分組成：1）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：提供動(dòng)力，使手指能夠進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)、氣動(dòng)和液壓等類(lèi)型。2）傳動(dòng)系統(tǒng)：將驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為手指關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)包括絲杠、齒輪、連桿、繩索和腱繩等。3）傳感器系統(tǒng)：靈巧手通過(guò)傳感器感知物體的形狀、大小、溫度、位置等。4）控制系統(tǒng)：通過(guò)算法和軟件對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的手部運(yùn)動(dòng)和任務(wù)執(zhí)行。

　　腱繩行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游為超高分子量聚乙烯纖維粉料，超高分子量聚乙烯纖維因輕量化、高耐磨性占據(jù)成本主導(dǎo)，金屬材料則在高承載場(chǎng)景不可替代；中游為腱繩制造與集成，涉及纖維編織、表面處理、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并集成滾珠絲杠、行星齒輪箱等關(guān)鍵部件等；下游主要應(yīng)用于人形機(jī)器人靈巧手、手術(shù)機(jī)器人及工業(yè)柔性抓取，及其他領(lǐng)域等。

　　UHMWPE 纖維：最新一代產(chǎn)業(yè)化的有機(jī)纖維

　　超高分子量聚乙烯纖維是工業(yè)化的新型高性能纖維。超高分子量聚乙烯纖維（Ultra High Molecular Weight Polyethylene Fiber，簡(jiǎn)稱 UHMWPE 纖維），又稱高強(qiáng)高模聚乙烯纖維，通常指由分子在 100萬(wàn)-500 萬(wàn)的超高分子量聚乙烯樹(shù)脂所紡出的纖維。UHMWPE 纖維外觀白色，密度為 0.97-0.98g/cm3，是目前世界上工業(yè)化的比強(qiáng)度和比模量最高的纖維，是繼碳纖維、芳綸后的第三代高性能纖維且密度最小的高性能纖維，通過(guò)制造 UD 布（無(wú)緯布）、包覆紗、復(fù)合紗、繩網(wǎng)、紡織面料等，進(jìn)一步廣泛應(yīng)用于軍事裝備、海洋產(chǎn)業(yè)、安全防護(hù)、紡織、體育器材、醫(yī)療、建筑等多個(gè)領(lǐng)域。