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TESOLLO DG-5F-S 技術解析：為何 500Hz 高頻控制與 20DoF設計成為人型機器人關鍵？

  • 7天前
  • 讀畢需時 4 分鐘

已更新：6天前


一、為什麼人型機器人需要高自由度（DoF）靈巧手？

人形機器人（Humanoid Robot）的核心挑戰之一，在於如何實現接近人類手部的操作能力。與傳統夾爪相比，五指靈巧手能提供更高的操作靈活度與任務適應性，

尤其在以下場景中：

  • 工具使用（Tool Manipulation）

  • 非結構化環境抓取

  • 精密組裝

  • 手內操作（In-hand Manipulation）


高自由度（DoF）設計能提升操作維度，但同時也帶來控制難度與系統負載問題。因此，在重量、控制頻率與載荷能力之間取得平衡，是設計關鍵。


DG-5F-S 與成年男性手的大小比較
DG-5F-S 與成年男性手的大小比較

二、DG-5F-S 的設計定位：為機器人優化的輕量化方案

TESOLLO DG-5F-S 是專為人型機器人平台整合而設計的五指靈巧手，

核心設計目標包括：

1. 20 自由度獨立控制

  • 每根手指 4 個自由度

  • 共 20 個獨立驅動關節

  • 支援高精度擬人化操作

這種配置能模擬人類手部的複雜抓取與姿態調整能力。


2. 極致輕量化設計

  • 重量：880 g

  • 尺寸接近成年男性手掌


對於人型機器人而言，末端執行器的重量會直接影響：

  • 手臂動態性能

  • 能耗

  • 控制穩定性

將重量控制在 1 公斤以下，可顯著降低系統負擔。


TESOLLO DG-5F-S 數據規格表

項目

規格參數

自由度 (DoF)

20 DoF (每指 4 DoF)

重量

880 [g]

控制頻率

500 Hz

通訊接口

EtherNet (TCP/IP), Modbus (TCP)

電源需求

24 [V] (最大消耗電流 10 [A])

編碼器類型

絕對值編碼器 (Absolute Encoder)

抓取能力 (捏取)

額定 1 / 最大 2 [kg]

抓取能力 (包覆)

額定 7 / 最大 12 [kg]


三、為何 DG-5F-S 的控制頻率達 500Hz？

DG-5F-S 的控制頻率為 500 Hz，而 DG-5F-M 為 250 Hz。

頻率翻倍的原因可從工程角度分析：


1. 專用致動器技術升級

DG-5F-S 採用進階優化的專用致動器設計，使控制響應更敏捷。


2. 直接驅動（Direct Drive）機制

直接驅動可：

  • 減少背隙（Backlash）

  • 提升位置精度

  • 改善控制回授穩定性

較低的機械間隙有助於提升控制迴路頻率。


3. 仿人平台的高靈敏需求

在手內操作與動態抓取任務中，高頻控制能：

  • 提升即時反應能力

  • 減少震盪

  • 改善微調精度

因此 500 Hz 更符合 humanoid manipulation 的設計需求。



四、DG-5F-S 與 DG-5F-M 的工程取捨

設計差異分析

  • M 型：偏向工業強力抓取與高載荷應用

  • S 型：偏向人型機器人動態操作與輕量化整合

S 型透過降低部分載荷能力，換取重量與靈敏度優勢。


型號比較





載荷項目

DG-5F-M (標準型)

DG-5F-S (輕量型)

差異說明

主要定位

工業自動化、精密組裝

服務機器人

人型機器人平台整合

仿人操作研究

 

本體重量

1,763 [g]

880 [g]

S 型重量

僅約 M 型的一半

控制頻率

250 Hz

 500 Hz

S 型操作上更為靈活

捏取載荷

(額定/最大)

2.5 / 5 [kg]

1 / 2 [kg]

M 型顯著優於 S 型

包覆載荷

(額定/最大)

10 / 20 [kg]

7 / 12 [kg]

M 型具備更強的重物處理能力


五、15 DoF 與 20 DoF 的應用差異

DG-5F-S 提供 15 DoF 緊湊版本。

15 DoF 適用場景：

  • 空間受限平台

  • 不需高度手內操作的研究任務

  • 原型測試與演算法驗證


20 DoF 適用場景：

  • 精細 manipulation

  • 工具使用

  • 多姿態抓取任務

此彈性配置有助於研發團隊在成本與複雜度之間取得平衡。


DG-5F-S 20自由度模型（左）與15自由度模型（右）
DG-5F-S 20自由度模型（左）與15自由度模型（右）

六、軟體整合與系統兼容性

DG-5F-S 設計時即考量整合性問題，

支援：

  • ROS2 相容控制環境

  • EtherNet (TCP/IP)

  • Modbus (TCP)


此外，亦提供：

  • Universal Robots (URcaps) 支援

  • Techman Robot (TM Flow2) 整合工具


這使其能同時應用於：

  • 學術研究

  • 工業自動化

  • 人形機器人平台開發


七、市場趨勢與技術背景

根據市場研究資料，全球五指機器人手市場預計將以 10% 以上年複合成長率擴張，並於 2030 年達到接近 9 億美元規模。隨著人形機器人商業化推進，高自由度、輕量化與高頻控制的末端執行器將成為關鍵核心組件。



技術總結

DG-5F-S 的設計核心在於：

  • 20 DoF 擬人操作能力

  • 880 g 輕量化設計

  • 500 Hz 高頻控制

  • 直接驅動高精度機制

  • 彈性自由度配置

  • 多平台整合能力

相較於高載荷導向的型號，DG-5F-S 更專注於人形機器人對靈敏度與控制精度的需求。

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