AKE40-6 KV90 与 AKE50-8 KV110：面向外骨骼关节的紧凑型准直驱执行器

CubeMars 的 AKE 系列如今已下探到 140 g。两款新模组 AKE40-6 KV90 与 AKE50-8 KV110，位于此前把守家族小尺寸端的 260 g AKE60-8 之下。两台都是围绕低减速比行星减速级构建的紧凑型准直驱执行器，都运行在 24 V 母线上，且都不把外壳与驱动板做进模组，以便机架围绕它们来设计。本指南按可穿戴关节通常被筛查的那几项数值——质量、扭矩、减速比、反向驱动扭矩与回差——对这两款做对比，并把制造商公布的应用方向，与仍然必须在整机层面完成的校核区分开来。

快速结论

AKE40-6 KV90 是两者中较轻的一台，140 g，配 6:1 行星减速级，额定扭矩 1.8 Nm、峰值扭矩 5.5 Nm，额定转速 260 rpm、空载转速 330 rpm。AKE50-8 KV110 重 190 g，采用 8:1 减速级，输出额定 2.5 Nm、峰值 7.5 Nm，额定转速 240 rpm、空载转速 320 rpm。两者的回差都控制在 0.15°，标称电压都是 24 V。

这种分工是有意为之，而且它体现在公布的数值里，而不是仅凭减速比推断出来的。6:1 模组标称峰值 5.5 Nm、反向驱动扭矩 0.05 Nm；8:1 模组标称峰值 7.5 Nm、反向驱动扭矩 0.09 Nm。较低的减速比通常会降低折算惯量，但这两个数字同时也反映了不同的电机与传动细节，因此不能把差异单独归因于减速比。

两台紧凑型准直驱执行器都不带外壳，也不带集成驱动板。这是设计取舍，而不是缺项：外骨骼机架是围绕某一段肢体成形的，一个用螺栓固定在定制支架上的模组，从裸电机基座得到的好处，要多于从一只通用外壳得到的好处。

为什么两款 200 g 级执行器延伸了 AKE 系列

该系列此前覆盖到哪里

在这两款模组出现之前，AKE 家族从 260 g 起步。AKE60-8 KV80 以额定 5 Nm、峰值 12.5 Nm 覆盖轻量一端，AKE80-8 KV30 进到 570 g、48 V 母线上额定 12 Nm，AKE90-8 KV35 则以 1400 g、额定 55 Nm、峰值 170 Nm 居于系列顶端。260 g 以下，这个家族空无一物，因此最小的外骨骼关节——手指、腕、踝、足下垂矫形器——通常由无框套件或皮带、线缆传动来承担，因为每一个 AKE 选项都比它要驱动的关节更大。

两款新模组改变了什么

一台 140 g 的紧凑型准直驱执行器会改变肢段末端的算术——前提是把整条装配链上的其余部分一并计入。挂在腕或踝上的质量，每一步都要被加速一次；它离躯干越远，携带的代价就越大。但 140 g 是模组的质量，不是装配完成的关节的质量：支架、紧固件、线缆与驱动电子都会叠加到这个数字上。把电机远程安装、通过鲍登线驱动关节，是另一种架构，有它自己的质量、摩擦与控制后果，仅凭模组质量并不能判定哪一种布置更轻、更好佩戴。较小的模组确实提供了 24.5 mm 的轴向长度，在关节必须保持紧凑的场合，这可能有助于布置。

190 g 的紧凑型准直驱执行器把同一件事做大了一号。尽管直径更大，它的轴向厚度却比小一号的同门更薄，为 22.5 mm，这可能适合必须紧贴肢体佩戴的支具。这份薄是否值得多出的 50 g，取决于机架、安装朝向，以及连接器与走线所需的空间。

为什么 6:1 与 8:1 两款同时到来

两种减速比对应的是两类不同的扭矩与转速需求，而不是两个固定的关节类别。6:1 减速级保留了更多输出转速，并通常降低折算惯量，这在关节以很小的负载走过大角度弧线时很有用。8:1 减速级用一部分转速换取扭矩放大，适合需要在较低转速下输出更大扭矩的关节。某个关节该用哪一款，由它的扭矩—转速曲线与占空比决定；减速比只是这个决定的一项输入，而不是答案。

AKE40-6 KV90 与 AKE50-8 KV110：并排规格

下表把两款新的紧凑型准直驱执行器与三款现有 AKE 尺寸并列。数值取自制造商为各型号公布的数据；凡缺失的数值，一律留空，而不做估算。

数值取自制造商为各 AKE 型号提供的产品页面。回差以度为单位给出；AKE 系列的公布值为 9 arcmin，等于 0.15°。KV 值体现在型号名称中，因此不再单列一栏。扭矩为减速器关节侧的值，而非电机轴侧的值。

扭矩各行另有一条注意事项。额定扭矩应在制造商规定的运行与热条件下解读，而不能当作在任何安装方式下都能持续取用的数值。关节选型还必须计入所需的扭矩—转速曲线、占空比、安装与散热条件以及瞬态负载；峰值扭矩不应被当作连续工作额定值。

把前两列放在一起读，这一对看上去很接近：50 g 的质量、0.7 Nm 的额定扭矩，加上一级减速比，就是它们之间的全部差别。真正把家族分开的是电压那一行——两款新模组与 AKE60-8 运行在 24 V，而 AKE80-8 与 AKE90-8 公布为 48 V。对一台电池供电的可穿戴设备来说，这一行改变的是供电架构。把两种电压混用在一台装置上，就需要一套相容的布置，无论是分开的电池包、DC-DC 变换器，还是别的设计，这个选择属于系统，而不属于模组。

电流各行是驱动器选型的输入，而不是选型规则。AKE40-6 的 2.5 A 额定取用与 AKE50-8 的 3 A，描述的是持续电流；8 A 与 9 A 描述的是峰值电流。驱动器必须支撑规定的持续电流，以及在相应时长内所需的峰值电流，同时满足与该安装方式相符的热降额、电压相容性与保护要求。公布的数值本身并不能决定驱动器的规格，也没有描述关节在受到扰动时如何表现。可以说得更窄一些：一台持续取用 3 A 的紧凑型准直驱执行器，对于同时还要带动传感器与控制器的电池包而言，是一项不大的负载——这句话说的是电流取用，而不是电子件的规格。

两者的质量与外径朝着相反方向变化：AKE50-8 重了 50 g、外径大了 10.2 mm，轴向却薄了 2 mm。必须紧贴肢体布置的关节，可能更偏向更薄的那一款；径向有余量的关节，则可以接受更宽的那一款。

AKE 系列一览：140 g 到 1.4 kg

这五款模组构成的是质量与输出扭矩上的一架梯子，而不是五款可互换的产品。最下一级，CubeMars AKE40-6 KV90 准直驱执行器公布为额定 1.8 Nm、峰值 5.5 Nm，是家族中输出最小的一款。CubeMars AKE50-8 KV110 准直驱执行器在 190 g 下把这一数字提高到额定 2.5 Nm、峰值 7.5 Nm。再往上，260 g 的CubeMars AKE60-8 KV80 准直驱执行器公布为额定 5 Nm、峰值 12.5 Nm，570 g 的CubeMars AKE80-8 KV30 准直驱执行器为额定 12 Nm、峰值 30 Nm，1400 g 的CubeMars AKE90-8 KV35 准直驱执行器为额定 55 Nm、峰值 170 Nm。CubeMars 还为每一款型号公布了一组应用方向，从小尺寸端的手指与腕部驱动，一直到顶端的髋部助力；那些是制造商陈述的方向，下一节的关节部分把它们与任何由规格推出的推断分开。

两台紧凑型准直驱执行器所填补的空档宽 120 g。AKE60-8 往上的区间，已有一份从 260 g 覆盖到 1.4 kg 的选型指南；而在那条线以下，此前根本没有 AKE 模组。140 g 到 190 g 这一段的紧凑型准直驱执行器，把同一套架构补到了系列底部——低减速比行星减速级、裸电机基座，不带外壳。

把梯子两端分开的，更多是扭矩密度而不是质量。AKE90-8 公布的最高值为 121 Nm/kg，这来自 1400 g 的本体里做出的 170 Nm 峰值。在小尺寸端，峰值扭矩与质量之比更低——两款新模组都约为 39 Nm/kg，AKE40-6 为 39.3 Nm/kg，AKE50-8 为 39.5 Nm/kg——因此绝对扭矩不大，随之需要被加速的质量也不大。为什么这一端的比值更低，是关于绕组、轴承与减速级设计的问题，公布的数据表并不回答；指出单一原因会超出这些数据所能支持的范围。这些数值确实支持的，是紧凑型准直驱执行器在系列底部所做的交换：要交付的扭矩更少，为交付它而携带的质量也更少。

140 g 对 190 g：紧凑型准直驱执行器的质量去了哪里

与 570 g 的模组相比，50 g 听起来像一处四舍五入的误差，在台架上确实如此。到了肢段末端，它的分量就更重，因为那里的质量要在每一次摆动中被带着走，而代价随离躯干的距离放大。有两点限定让这个数字保持分寸：140 g 与 190 g 是模组质量，不是装配完成的关节质量，支架、紧固件、线缆与电子件对两者都要叠加。有意义的比较发生在两套完整装配之间，而不是两个数据表质量之间。

轴向尺寸与质量同样重要。一台 24.5 mm 的模组，在衣物内部留下的空间比电机、减速箱与联轴器叠起来更多，而 22.5 mm 的 AKE50-8 还要更短。这有助于支具在关节上方保持平整，但最终的轮廓由支架、安装朝向、连接器以及留给走线的空间决定，因此轴向长度只是起点上的优势，而不是最终的外形包络。

在两者之间做选择，通常从关节在佩戴者运动速度下所需的扭矩出发。额定 1.8 Nm 的 6:1 紧凑型准直驱执行器是扭矩较低的那一项，在模组质量低与小扭矩需求是首要考量时值得评估；额定 2.5 Nm 的 8:1 模组，则是在相近的紧凑包络内需要更大输出扭矩时的选项。当需求落在两者之间，通常由质量决定，140 g 的模组占优——前提是装配完成的关节仍然满足其扭矩—转速与占空比要求。

6:1 对 8:1：0.05 Nm 与 0.09 Nm 下的转速、扭矩与反向驱动

两台紧凑型准直驱执行器的差别在减速比、额定输出与公布的反向驱动扭矩。较低的减速比通常能降低电机侧的折算惯量，但实际的反向驱动表现还取决于电机特性、传动摩擦与效率。公布的 0.05 Nm 与 0.09 Nm 描述的是这两个具体型号；不应把它们单独归因于减速比。减速比直接设定的是输出端的转速与扭矩：AKE40-6 上的 6:1 减速级把电机空载转速变成关节处的 330 rpm，AKE50-8 上的 8:1 减速级以 7.5 Nm 的峰值扭矩为代价，在关节处给出 320 rpm。

反向驱动扭矩是最常被用来把紧凑型准直驱执行器与齿轮伺服区分开的数值，而这种比较在方向上成立，在绝对值上并不成立。几十或几百的减速比会把电机与减速箱折算回输出端，佩戴者要转动关节，就得对抗这份折算负载；低减速比减速级让折算负载保持在较小水平。某一台具体的高减速比伺服显示出多大阻力，仍取决于它的电机、传动与控制状态，因此这里的公布数值，更宜读作这两款模组之间的比较，而不是对各架构的一般性排名。

这种交换落在每个关节上并不相同，而公布的应用方向也指向不同之处。腕或手指以很小的负载走过大角度弧线，6:1 模组多出的输出转速在这里最能派上用场；膝或肘在更大负载下走过较窄的弧线，8:1 模组多出的扭矩在这里才有意义。这些是从公布数值与应用方向得出的起点，而不是任一模组满足某个特定关节载荷工况的证明。折算惯量背后的机理，以及减速比对佩戴者所感受到的负载做了什么，见准直驱执行器：8:1 减速比带来什么。

公布的反向驱动扭矩数值为比较这两款模组提供了一个有用的起点，但它们并不能判断组装后的外骨骼对佩戴者是什么体感。被感知到的阻力还取决于传动摩擦、关节对中、运动速度、控制状态与周边机构。人体佩戴的系统需要在完整关节层面与整机层面做验证，上面那些数字也正是为这一层面的使用而准备的。

9 arcmin 的回差，以及在腕部意味着什么

两款模组的公布回差都是 9 arcmin，即 0.15°。相对于 90° 的关节行程，这是一个很小的标称角度值——约为行程的六百分之一——但它的实际影响取决于关节机构、传感器布置、控制策略与负载换向。单凭这个数字并不能确立定位精度或力控稳定性。

回差在远端轴线上更为显见：一个很小的角度误差，会在连杆末端变成一个更大的位移。在 40 mm 的力臂上，0.15° 折算到输出端约为 0.1 mm 的空程。这是一个理想化的几何换算，而不是对佩戴者所感知到的量的测量，因为阈值取决于关节、任务与接口；同样的回差落在一个连杆很长的髋关节上，影响又会不一样。这正是较小的紧凑型准直驱执行器值得用于手部与腕部工作的原因之一——在那里，绝对位移始终很小。

对一台紧凑型准直驱执行器来说，这个数字也设定了一项预期。低减速比行星减速级并不是零回差传动，凡是需要输出在换向负载下保持位置的设计，都必须先把 0.15° 的位移规划进去。当环路在输出端闭合时，闭环控制可以减小这一影响，但它并不能消除机械空程：死区究竟被补偿掉，还是被感知到，取决于传感器安装在哪里、环路如何闭合、负载多久换向一次，以及周边机构的刚度有多高。

24 V 母线、额定电流与紧凑型准直驱执行器的驱动器选型

对可穿戴设备上的紧凑型准直驱执行器来说，当装置由一只小到可以随身携带的电池包供电时，24 V 母线是务实的选择。AKE40-6 额定取用 2.5 A、峰值 8 A，AKE50-8 额定取用 3 A、峰值 9 A。这两个数字各司其职：额定电流描述的是持续的热负载，峰值电流描述的是一项短时要求，其持续时长与热降额必须按具体安装来规定。单看任一数值都无法确定驱动器的规格，也无法描述佩戴者受到扰动时关节会如何表现。

两款模组都不随附驱动板，因此电子件属于系统设计的一部分，而不属于模组。这一点在整个 AKE 系列中是一致的，也正是它让一台控制器可以服务多个关节——但前提是电气包络已经核过。两款新模组都采用 14 对极，这在给定关节转速下就固定了电频率；共用一块板仍须逐项对照各模组的电气参数、控制方式、母线电压、持续与峰值电流能力、电气转速范围与保护设定来验证。三款较大的 AKE 型号同样如此：CubeMars 为这一系列单独列出了驱动板，因此控制方案由为机架选定的电子件决定。

安装：电机基座上的螺纹孔与通孔

每台紧凑型准直驱执行器的电机基座上都带螺纹孔与通孔，因此模组可以从任一侧固定，并做双向安装。对外骨骼关节来说，这比听上去更有用：支具往往必须围绕一段肢体装配，而一款既能从碳板外侧、也能从内侧用螺栓固定的模组，为机架设计者留出了载荷路径的选择。

两台紧凑型准直驱执行器都没有贯穿输出端的孔。通孔在基座上，是给紧固件用的；需要线缆从自身轴线穿过的关节，得去看另一个家族。当一个设计要求把传感器或执行器线缆从关节中心穿过时，这一区别就很关键，值得在机架几何冻结之前先定下来。

各型号适合哪个关节：足下垂、手部与膝部助力

两台紧凑型准直驱执行器在质量与输出扭矩上不同，CubeMars 为每一款都公布了一组应用方向。下表把公布的应用单独放进一栏，并把由这些应用推出的关节角色分开列出，使两者可以各自独立阅读。

「公布的应用」一栏照录制造商为各型号列出的应用。「关节角色」一栏是对这些应用的解读，而不是载荷工况验证：扭矩、质量与包络本身并不能确立对某个具体人体关节的适用性。扭矩与质量重复上表，以便这张映射表可以独立阅读。

对足下垂矫形器来说，AKE40-6 是公布应用清单所指向的型号。该关节在低负载下走过大角度弧线，而这台模组是家族中最轻的一款，140 g，配 6:1 减速级。它是否适合某一台具体装置，仍取决于矫形器关节处所需的扭矩、占空比、安装方式，以及该装置必须通过的验证。同一款模组也被公布用于腕屈曲与手指抓握驱动——在那里，包络比扭矩更重要。

用于膝部支撑时，AKE50-8 是 CubeMars 在 AKE40-6 之上列出的两个选项里较小的一个。它以 190 g 的本体公布 7.5 Nm 峰值，质量低于 260 g 的 AKE60-8 与 570 g 的 AKE80-8，并被列为膝部助力、肘部力量补偿与肩部抬举支撑。那些是制造商的应用方向，而不是载荷工况结果：膝部与肩部任务在扭矩曲线、行程与安全要求上差别很大，关节必须先经过整机层面的验证，才能被称为适用。

两者之间几乎没有需要化解的重叠。为腕部选定的紧凑型准直驱执行器，不会因为提高电流就变成膝部驱动；而为膝部选定的模组，会带来腕部并不需要的质量。表中的分界是一条起点边界，而不是设计规则，踝关节离它最近——轻的一端由 AKE40-6 承担，需要更大扭矩时则由 AKE60-8 承担。260 g 以上更广的一组外骨骼关节，见外骨骼执行器：三款 CubeMars 准直驱执行器，从 260 g 到 1.4 kg。

选型清单

五道问题可以在动笔画图之前定下第一轮的大部分内容。

1. 关节在运动速度下需要多少扭矩，而不是在堵转时？这个答案就是 6:1 与 8:1 减速级之间的第一道筛选。
2. 肢段末端可以承受多少质量？腕或踝的预算比膝部预算更紧，而 140 g 与 190 g 之间的差别正落在连杆末端，在那里它每一步都要被加速一次。
3. 机架是否需要线缆穿过关节轴线？两款模组都没有贯穿输出端的孔，因此一旦要求走轴线，就得换家族。
4. 装置其余部分用哪条母线？在同一台可穿戴设备上混用 24 V 与 48 V 模组，需要一套相容的供电架构——分开的电池包、DC-DC 变换器或其他布置——而这个选择取决于系统。
5. 模组如何固定到机架上？基座上的螺纹孔与通孔允许两个方向，支架必须围绕这一选择来设计。

如果第一个问题的答案落在两款模组之间，通常由质量决定：轻 50 g 的紧凑型准直驱执行器会改变关节所承载的东西——前提是两套装配都满足扭矩—转速与占空比要求。这一前提正是数据表无法定夺的部分。它需要关节的载荷工况、热环境、安装方式，以及为该装置规划的验证。

常见问题

官方资料

制造商在其自有产品页面上为每一款模组公布完整规格，包括尺寸与安装图。

• CubeMars AKE40-6 KV90 产品页
• CubeMars AKE50-8 KV110 产品页
• 制造商站点上的 AKE 系列总览

本页规格遵循制造商公布的数据。对于这些数据之外的定制需求或变体，请直接联系制造商。

下一步看什么

两款新的紧凑型准直驱执行器，属于一个已在另一份指南中被覆盖到 260 g 以上的家族的小尺寸端；6:1 与 8:1 减速级背后的减速比机理，则在另一篇中展开。在关节架构定下来之前，两篇都值得一读。

• 外骨骼执行器：三款 CubeMars 准直驱执行器，从 260 g 到 1.4 kg —— 260 g 到 1.4 kg 的区间，那里穿过人体的载荷路径驱动着选择。
• 准直驱执行器：8:1 减速比带来什么 —— 折算惯量、可反向驱动性，以及低减速比在关节处改变了什么。
• 外骨骼 —— 应用页面，凡是为可穿戴关节公布的模组都归在一处。