なぜ調和型ロボット関節アクチュエータと遊星型ロボット関節アクチュエータは、それぞれヒューマノイドロボットの上肢と下肢にとって理想的な選択肢なのですか?

ヒューマノイドロボット向けのrobot joint actuatorsの選定は、本質的には機能要件、性能上のトレードオフ、そしてコスト管理を正確に適合させることです。今日の主流ソリューションの中では、harmonic joint actuatorsは通常上肢に優先的に採用される一方、planetary joint actuatorsは下肢に好んで採用されます。この組み合わせは偶然ではなく、上半身と下半身の異なる運動特性から導き出された最適な解決策です。UnitreeやUBTECHのような企業が取る差別化されたアプローチもまた、それぞれの製品ポジショニングに結び付いた具体的な検討事項に起因しています。

上肢関節：中核要件としての精度と器用さ

上肢関節に対する主な要求は器用さと高精度であり、ハーモニックアクチュエータはこれを実現するのに特に適しています。ハーモニックアクチュエータは、ウェーブジェネレータを用いてフレックススプラインの弾性変形を駆動し、かみ合い伝達を行うことで、1 arcminute未満の超高位置決め精度を実現します。そのほぼゼロのバックラッシにより、ロボットは小さな物体をつかむ、精密組立作業を行うといった繊細な操作を実行できます。

さらに、ハーモニックアクチュエータは極めてコンパクトかつ軽量な構造を備えています。同じ減速比において、その体積は遊星モジュールより大幅に小さく、上肢の質量を効果的に低減し、ロボット全体の重心分布を最適化します。

データによれば、ハーモニックアクチュエータは優れたトルク密度を備え、重量わずか0.84 kgで57.8 N·m/kgを達成しており、高精度な動作を必要とする肩、肘、手首などのスペース制約のある上肢関節に最適です。しかし、その制約も明らかです。フレックススプラインの弾性変形により耐衝撃性は比較的低く、急激な重負荷にはあまり適していません。

下肢関節：安定性と耐荷重性を優先

下肢関節は安定した荷重支持を担うため、遊星アクチュエータの方がよりバランスの取れた選択です。遊星アクチュエータは、サンギアと遊星ギア間の剛性かみ合いに依存し、95–97%という高い伝達効率を実現します。その耐衝撃性はハーモニックモジュールを大きく上回り、二足歩行時の地面反力やロボット自重にも容易に耐えることができます。

特筆すべきことに、単段の遊星減速ソリューションであっても数百キログラムの荷重を支えることができ、歩行およびペイロード搬送の要件を十分に満たします。

同様に重要なのは、遊星アクチュエータが卓越したコストパフォーマンスを提供することです。単段ユニットのコストは通常わずか数百RMBで、ハーモニックアクチュエータより大幅に低くなります。成熟した国内サプライチェーンを備えているため、遊星アクチュエータは大規模量産に非常に適しています。さらに、下肢関節は一般的に設置スペースに余裕があり、極端なコンパクト性を必要としないため、同等の減速比において遊星アクチュエータの比較的大きなサイズも自然に受け入れられます。

例外：製品ポジショニングによって駆動される差別化された道筋

ただし、注目すべき例外もあります。UnitreeとUBTECHが採用する差別化戦略は、主としてそれぞれの異なる製品ポジショニングによって推進されています。

Unitreeは小型・軽量ロボットに注力しています。そのG1ロボットは自社開発の遊星アクチュエータを採用しており、コンパクトなフォームファクタ内で最大140 N·mの瞬時トルクを発揮し、走行や跳躍のような高ダイナミックなシナリオに適しています。このアプローチは、より強い耐衝撃性とコスト上の利点と引き換えに、位置決め精度の一部を犠牲にしています。

これに対し、UBTECHのWalker S1は全関節にハーモニックアクチュエータを採用し、工業グレードの高精度アプリケーションを対象としています。ピークトルクは250 N·mに達し、構造補強によってハーモニックドライブ固有の耐衝撃性の制約を補うことで、動作精度に極めて高い要件があるシナリオへの導入を可能にしています。

どちらのアプローチも、これらの企業が中核となる適用シナリオに基づき、汎用的な構成を意図的に放棄し、高度にカスタマイズされたアクチュエータソリューションを選択していることを示しています。