人形機器人關節將迎突破! 日率先量產球形齒輪 中國技術緊追在後
Newtalk新聞
據《日本經濟新聞》15 日報導，日本綜合商社兼松計畫最早於 2027 年在全球首次量產「球形齒輪」，由兄弟工業旗下企業負責生產。這種新型齒輪突破傳統限制，能夠 360 度自由旋轉，可望減少零件數量、降低重量與能耗，應用前景涵蓋人形機器人乃至人造衛星。
球形齒輪由帶有齒狀凸起的球體和兩個「鞍形齒輪」組成。與只能單向旋轉的普通齒輪不同，它可在上下、左右、前後各方向實現無限制旋轉。兼松自 2022 年起便與山形大學合作開發金屬材質球形齒輪，相較過去以樹脂製成，金屬材質耐用性大幅提升，使其首次具備進入工業應用的可能。
日媒舉例，相機三軸雲台目前需組合 3 套結構才能實現全方位旋轉，若改用球形齒輪，重量可減輕約 30 %。在太空環境中，球形齒輪可提升能源效率並降低故障率。對於人形機器人而言，現行關節多使用諧波減速器或 RV 減速器，僅能完成單一自由度輸出，必須兩套組合才能達到雙自由度，導致體積龐大、發熱嚴重。球形齒輪則能直接完成雙自由度輸出，讓動作更接近人類，並有效簡化結構。
不僅日本積極推動，中國也在加快追趕。《鈦時代》報導，位於西安的陝西華拓科技有限責任公司近日成功自主設計並製造出雙旋轉自由度球形齒輪機器人關節核心部件，為全國首例。該公司表示，這款球形齒輪採仿生學設計，與人體骨骼關節高度相似，具備輸出力矩大、體積小、重量輕等優勢，特別適合應用在人形機器人的四肢、頸部與胯部。