În dezvoltarea roboților, o tehnologie de bază este crucială: aplicarea rulmenților în domeniul robotilor umanoizi. Fiind o componentă de bază a roboților umanoizi, rulmenții reprezintă aproximativ 5,5% din valoarea componentelor majore. Diferite tipuri de rulmenți joacă roluri de neînlocuit în diferite părți ale robotului.
Ⅰ Rulmenți în reductoare
Reductorul este mecanismul central de transmisie a puterii într-un robot umanoid, comparabil cu o articulație umană. Un reductor de precizie este un dispozitiv intermediar care conectează sursa de alimentare și actuatorul. Funcția sa este de a reduce viteza mare a servomotorului, de a amplifica cuplul inițial al servomotorului prin intermediul rapoartelor de reducere a angrenajului și de a oferi o rigiditate ridicată și o poziționare de înaltă-precizie. Reductoarele robotului umanoid includ în principal reductoare armonice, reductoare RV și reductoare planetare. Diferite tipuri de reductoare au cerințe diferite pentru rulmenți:
1. Rulmenți reductor RV:
Reductoarele RV, cunoscute și sub denumirea de reductoare vectoriale rotative, includ un reductor planetar-față și un reductor cu roată cicloidal-spate. Această metodă de transmisie este o dezvoltare ulterioară bazată pe tehnologia clasică de transmisie planetară cu pin-pendul. Combină numeroase avantaje, cum ar fi dimensiunea compactă, greutatea redusă, raportul de transmisie larg, durata de viață lungă, întreținerea stabilă de precizie, eficiența ridicată și performanța de transmisie lină.
Reductorul RV folosește trei tipuri de rulmenți: un rulment cu bile cu pereți subțiri -perete unghiular pentru rulmentul principal (arborele de ieșire), un rulment cu role conice-pereți subțiri pentru poziționarea excentrică a arborelui și suportul corpului principal, o rolă cilindrică (rolă cu ac) pentru un ansamblu cu pereți cicloidal și un angrenaj{2}coidal. Rulment adânc cu bile pentru susținerea angrenajului.
2. Rulmenți reductori armonici
Articulațiile rotative ale roboților utilizează în principal reductoare de armonici. Tehnologia lor de fabricație se bazează pe transmisia armonică. Un reductor de armonici este un sistem de transmisie mecanică compus din patru componente de bază: un generator de undă (rulment flexibil), rulmenți cu role încrucișate (rulment rigid), o roată dințată flexibilă cu un inel dințat extern (roată flexibilă) și o roată dințată rigidă (roată rigidă).
① Rulmenți cu role încrucișate
Există diverse serii de rulmenți cu role încrucișate pentru reductoare armonice, capabile să reziste la sarcini multi-direcționale și oferind precizie și rigiditate ridicate. Rulmenții cu role încrucișate special concepute pentru reductoarele armonice pot fi împărțiți în două categorii principale în funcție de mediul lor de aplicare: cei cu un inel exterior despicat și cei cu un inel interior integral. Elementele de rulare ale acestor rulmenți sunt role cilindrice dispuse la un unghi perpendicular de 90 de grade într-o cale de rulare în formă de V-. Acest design permite rulmentului să reziste simultan la sarcini din mai multe direcții, inclusiv momente axiale, radiale și de răsturnare. În plus, acești rulmenți prezintă o precizie ridicată, o rigiditate ridicată și o capacitate de suportare a sarcinii-compozite excelente, făcându-i o componentă indispensabilă a reductoarelor armonice.
② Rulmenți flexibili Rulmenții flexibili special conceputi pentru reductoarele armonice diferă de rulmenții tradiționali. Sunt rulmenți cu bile-subțiri, cu un inel exterior mai subțire, ceea ce îi face predispuși la deformare radială. În ciuda pereților lor subțiri, ele rămân extrem de flexibile și utilizează materiale de-înaltă calitate pentru a asigura o funcționare stabilă. Acești rulmenți flexibili pentru reductoare de armonici au o capacitate excelentă de suport-la tensiuni. Ele rezistă eficient la tensiunile de încovoiere și cuplu alternante, menținând un grad de flexibilitate în interacțiunea lor cu came, în ciuda designului lor relativ subțire de perete. Atât inelele interioare, cât și cele exterioare, precum și elementele de rulare, sunt realizate din oțel pentru rulmenți cu crom carbon de-înaltă calitate-de înaltă calitate și sunt echipate cu un dispozitiv de reținere din nailon integral, asigurând funcționarea stabilă și eficientă a rulmentului în secțiunea generatoare de armonice a reductorului de armonice.
Reductoarele armonice folosesc de obicei un rulment cu role încrucișate și un rulment flexibil.
3. Reductor planetar
Reductorul planetar este cea mai eficientă structură de transmisie a angrenajului. Un mecanism de transmisie cu angrenaje planetare constă în principal din angrenaje planetare, un purtător de planete și un angrenaj solar. Într-un reductor planetar de precizie, un motor principal, cum ar fi un servomotor, conduce de obicei angrenajul solar să se rotească. Îmbinarea angrenajului solar cu angrenajele planetare antrenează angrenajele planetare să se rotească. Simultan, deoarece cealaltă parte a angrenajului planetar se îmbină cu un angrenaj inelar pe peretele interior al carcasei reductorului, angrenajele planetare, antrenate de propria lor rotație, se vor rostogoli pe angrenajul inelar în aceeași direcție cu rotația angrenajului solar, formând o mișcare „revoluționară” în jurul angrenajului solar. Diferența dintre numărul de dinți dintre angrenajul solar și angrenajul inelar atinge scopul de reducere a vitezei.
Reductorul planetar transformă rotația de-înaltă viteză a motorului într-o ieșire de-viteză mică,-cuplu mare, potrivită pentru nevoile de transmisie ale pieselor de-înaltă-precizie ale roboților, cum ar fi membrele inferioare (de exemplu, articulațiile șoldului și genunchiului). Prin antrenarea angrenajelor planetare să se rotească și să se rotească prin angrenajul solar, puterea este emisă în cele din urmă de purtătorul de planete. Are o structură simplă, un cost redus și o capacitate de încărcare mare-.
Luând ca exemplu robotul Tesla Optimus Gen-2, reductorul său planetar folosește rulmenți adânci cu bile și rulmenți cu role cu ace. Rulmenții adânci cu bile sunt utilizați pentru a rezista la sarcini radiale și axiale mai mici, în timp ce rulmenții cu role cu ace sunt utilizați pentru a rezista la sarcinile radiale uriașe generate de angrenajele planetare atunci când se rotesc la viteze mari.
II. Alți rulmenți în roboții umanoizi
1. Actuatoare liniare: rulmenți cu patru-puncte de contact
Rulmenții cu patru-puncte de contact folosesc rulmenți cu bile în care bilele de oțel ale rulmentului cu bile intră în contact cu inelele interioare și exterioare în patru puncte, obținând o stare de contact în două-puncte. Acest lucru le permite să reziste la sarcini axiale bidirecționale și la o anumită proporție de sarcini radiale. Designul inelului interior din compozit găzduiește mai multe bile, crescând capacitatea de încărcare-; structura despicată facilitează instalarea și este potrivită pentru îmbinările cu spațiu-constrâns. Unghiul de contact este de obicei de 35 sau 45 de grade, cu un joc axial mic, oferind astfel limitarea vitezei mari și rigiditate.
Rulmenții cu patru-puncte de contact sunt utilizați în mod obișnuit în articulațiile rotative și actuatoarele liniare, împreună cu rulmenții cu role încrucișate pentru a obține o mișcare de-înaltă precizie.
2. Rulmenți auto-lubrifianți: Rulmenții auto{-lubrifianți realizează o mișcare de frecare-scăzută prin materiale compozite bimetalice sau lubrifianți solizi, cu un coeficient de frecare de până la 0,08, având în același timp rezistență ridicată la uzură (durată de viață care depășește 10.000 de ore). La roboții umanoizi, aceștia sunt utilizați în principal în module de articulație, cu funcționare fără întreținere-, capacitate mare de încărcare și durată de viață lungă, îndeplinind cerințele de mișcări de-frecvență înaltă și precizie la nivel-micron. De exemplu, rulmenții de alunecare auto-lubrifianți de la Changsheng Bearing au fost aplicați la modulele de îmbinare ale roboților umanoizi ai Unitree Robotics, atingând o rată de penetrare de peste 80%, făcându-i furnizorul exclusiv.
Alte aplicații ale rulmenților cu autolubrifiere la roboți:
Seturi de angrenaje reductoare: se potrivesc cerințelor de transmisie de-înaltă precizie și asigură stabilitatea mișcării.
Legături articulare: suportarea sarcinilor grele și funcționarea cu viteză mare-, reducând consumul de energie.
Sisteme de antrenare cu șuruburi: adaptându-se la precizia de mișcare la nivel de microni-, îmbunătățind flexibilitatea generală.
Rezumat: În piramida tehnologică a roboților umanoizi, rulmenții, deși mici, sunt un nucleu crucial care conectează straturile superioare și inferioare. Nu este doar un conector fizic, ci și un factor de stimulare a performanței, importanța sa manifestându-se în trei aspecte: **Piatra de temelie a preciziei mișcării:** Rulmenții de înaltă-precizie, de înaltă-rigiditate asigură netezimea, acuratețea și stabilitatea fiecărei mișcări robot. De la micro-manipularea mâinilor dibace până la sprijinul puternic al articulațiilor picioarelor, chiar și erorile minuscule ale rulmenților sunt amplificate, determinând direct performanța generală de mișcare a robotului.
**Garanția capacității de încărcare-și durata de viață:** roboții umanoizi trebuie să reziste la sarcini complexe multi-dimensionale în medii dinamice. Rulmenții cu bile cu contact unghiular cu pereți subțiri-specializați, rulmenți cu role încrucișate și alte modele ușoare oferă capacități superioare de-răsturnare și rezistență la oboseală, formând piatra de temelie a funcționării fiabile-pe termen lung a robotului.
**Cheia pentru eficiența energetică și integrare:** Rulmenții cu frecare redusă-reduc pierderile de putere, îmbunătățesc eficiența energetică și extind indirect rezistența robotului. Simultan, apariția rulmenților compacti (cum ar fi rulmenții cu bile în patru-puncte de contact) economisește spațiu valoros în proiectarea articulațiilor robotului, permițând un grad mai mare de integrare.
