由於當下的企業都在為企業的日常問題尋求新的解決方案，因此機器人技術得到了快速的發展。人工智能（AI）學習過程使機器人變得更加智能，機械設計使移動更加靈活，機器人在工業應用中也變得更加高效。但是，驅動裝置在創新中往往會被忽略。
隨著製造型企業對生產線智能化改造升級越來越重視，機器人及其應用技術近年來取得了飛速發展，例如：人工智能讓機器人變得更加智能，不斷更新的設計理念讓機器人工作效率更高，同時應用領域更廣。但是，相對於機器人其他核心零部件的不斷髮展創新，機器人驅動裝置發展緩慢，往往被人們忽視。
機器人驅動裝置簡介
驅動裝置是指為機器的關節和軸提供運動和力量的部件。機器操作的關鍵因素是控制信號和電力輸入，從而移動機器。此外還需要將電機的輸出轉換為可用的速度和扭矩（此原理可類比自行車驅動，自行車上的齒輪，齒輪的使用是因為人的腿不夠強壯，由於人腿不足以提供足夠的動力直接驅動自行車的車輪。因此齒輪被用來改變驅動車輪所需的扭矩）。
機器人驅動裝置也是如此——傳統的電機/齒輪箱組合在一起轉換電機的較低扭矩輸出，從而讓機器人手臂以較大速度進行大負載運動。高扭矩應用通常需要複雜的齒輪系統，齒輪系統越複雜（如較高的齒數比或更多的齒輪級），傳動系統中存在的齒隙越大，齒隙會影響機器人的精度，嚴重時甚至會影響安全性。
齒隙是指系統中的“鬆弛”，也被稱為齒輪中的“間隙”（圖1）。例如，在一輛舊汽車熄火時候轉動方向盤，但是輪胎並沒有隨之轉動，就是因為相關齒輪系統中存在齒隙。沿著轉向系統，可以發現許多齒輪連接處有大量的小間隙，整個轉向系統中就會存在不可估量的齒輪間隙。
齒隙是指系統中的“鬆弛”，也被稱為齒輪中的“間隙”。
消除齒輪系統中的齒隙是非常困難的，而消除多級齒輪箱中的齒隙幾乎是不可能的。齒輪的製造依照緊密度容限或緊配合，這一製造成本昂貴齒輪製造過程對緊密度（公差）要求極高，導致其製造成本非常昂貴。此外，過高的緊密度會引起較大的摩擦，因此需要一種機構來保持齒輪在扭矩範圍內的緊密齧合。
靈活的齒輪系統，如諧波齒輪，提供了另一種消除齒隙的方法——齒輪箱有一些靈活的部件可以承受這些“鬆弛”。但是，這可能會導致系統存在隱患，並使逆向驅動變得非常困難。
齒輪致動器適用於低速應用，因為它能使電機在高速度和低扭矩的情況下保持高效率，也允許系統使用目前常見的小扭矩（較弱）電機。
最基本的齒輪類型是正齒輪，每次齧合時齒輪內的每個齒都會完全碰觸，這會造成大量噪音、帶來磨損、並且需要經常潤滑。為了改善正齒輪的噪音問題，研究人員研製了斜齒輪，斜齒輪的齒可以實現逐漸齧合。當我們改變齒輪比去放大扭矩時，速度就會降低，這是因為驅動齒輪箱的電機將輸出速度降低，進而才能放大扭矩。這也是齒輪頭通常也被稱為減速機的原因。
直驅驅動裝置
直驅式驅動裝置拆除了傳統的齒輪箱，這就要求直驅式驅動裝置中的電機能夠以可達速度（例如，轉速不是數千RPM，而是數百RPM）產生足夠的原生扭矩。直接驅動有眾多好處，它一直是機器人制造商想要得到的。
直驅驅動裝置沒有齒，也就不存在間隙問題。扭轉剛度為直驅驅動裝置提供了非常高的精確度，直驅驅動裝置能完全反向驅動，它給需要由人類移動和定位的協作機器人帶來了極大的好處。最重要的是，高耐衝擊性使其非常適合外骨骼機器人和步行機器人，因為這些機器人行走時的衝擊會損壞齒輪。
直驅驅動裝置，如圖所示的LiveDrive，完全不需要齒輪組，從而降低了總體重量以及減少了運動部件。
此外，沒有齒輪箱意味著沒有慣性，從機器人和機器的安全角度來看這是一個主要的優勢。如果一輛汽車突然滾下山坡，慣性會使汽車很難迅速停下來。齒輪箱也會出現類似的情況：如果電機的轉速為4000 RPM，齒輪比為100：1，那麼齒輪箱不可能實現瞬時停止，齒輪箱需要時間減速。
這些好處還擴展到機器人解決方案的實施。齒輪傳動系統中的齒隙往往需要複雜的編程來幫助提高系統精度，從而補償齒輪中的“間隙”所帶來的誤差。這一過程需要時間，系統也需要不斷重新校準，齒輪一旦損壞就必須更換或進行潤滑，這也會增加維護成本。
直驅驅動裝置的另一個好處是成本低。移除了齒輪箱的直驅驅動裝置實際上只是一個電機，而不是電機/齒輪箱組合，這樣的驅動裝置成本大大降低了。隨著驅動成本的降低，機器人技術接近了一個新的轉折點，即加速了機器人在工業、消費和醫療保健等非工廠領域的應用。
驅動裝置只有增加新的特性才能讓機械裝置在沒有齒輪的情況下運行，直驅驅動裝置應該具備的特點有：
磁放大器：增加標準永磁體有效力的獨特配置。
結構和磁性協同作用：通過磁放大器產生的巨大磁力會使傳統的電機結構崩潰，達到新高水平的磁性能需要一個足夠強大的機械結構承受由此產生的力，但同時這個機械結構需要足夠輕，從而能夠提供最高的扭矩重量比。
熱力異常：熱量是任何電磁裝置的限制因素，前兩個基礎發現提供了一個能夠散熱的輕薄結構，有效散熱能讓驅動裝置比傳統電機以高得多的功率運行。
Genesis Robotics公司的“LiveDrive”就是直接驅動且無齒輪設計的一個例子，它包含了以上三個基本發現（圖2）。
齒輪驅動和直接驅動的區別是什麼？
如上所述，這兩個系統之間的主要區別是機器人的成本和性能。像LiveDrive這樣的直驅驅動裝置完全不需要齒輪組，從而降低了整體重量，減少了運動部件，這些部件可以降低成本生產，它們的成本比傳統的齒輪驅動裝置的成本要低50％以上。
齒輪系統的移除使得嚴重影響精度的齒隙也不復存在。直接驅動系統可以提供目前為止最高水平的準確度、精度和扭轉剛度。它的另一個關鍵改進是能夠反向驅動驅動裝置，由於齒輪箱的減速特性也從系統中移除，因此直接驅動系統還可以以更快的速度反向驅動驅動裝置。
驅動裝置技術的創新在過去的50年中一直停滯不前。缺乏精確性的運動和繁瑣的設計阻礙了驅動裝置技術的發展，除了降低致動的成本和複雜性之外，不創新驅動裝置系統拖慢了消費市場上機器人的應用。移除齒輪箱和不斷研發直驅驅動裝置的技術解決了這些問題，進而提高了機器人性能和加快市場進入。
Mike Hilton是Genesis Robotics的首席執行官。
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