Quais são os principais componentes dos robôs humanoides (motores, caixa de engrenagens)?

Parte 1: Instrução (O que são robôs humanoides)

Desde o início do século XXI, a tecnologia de robôs humanoides avançou rapidamente. Esse surto de desenvolvimento foi notavelmente catalisado pela Boston Dynamics, uma importante empresa americana de robótica, com o lançamento de seu robô bípede Atlas em 11 de julho de 2013.

Dinâmica de Boston – Atlas

Dinâmica de Boston é uma empresa americana com forte reputação no campo da robótica, conhecida por seus projetos de robôs inovadores e de alto desempenho.

Recursos do Atlas:

Recurso	Descrição
Alta Mobilidade	O Atlas foi projetado como um robô multifuncional capaz de correr, pular e realizar tarefas em ambientes complexos.
Sistema de balanceamento avançado	Possui excelentes capacidades de equilíbrio e permanece estável mesmo em terrenos irregulares.
Mecânica complexa de braço e mão	Permitindo que eles realizem tarefas delicadas de manipulação.
Propósito	Usado para resgate, execução de tarefas perigosas (como trabalho em usinas nucleares, etc.).

Atlas demonstra incrível manobrabilidade e equilíbrio →

Tesla – Optimus

Ótimo, também conhecido como Tesla Bot, é um robô humanoide universal conceitual desenvolvido pela Tesla, Inc. Seu propósito é “fazer tudo o que os humanos não querem fazer”.

Recursos do Optimus:

Recurso	Descrição
Capacidades de interação social	O Optimus foi projetado para interação humana, com recursos de reconhecimento facial e processamento de linguagem natural.
Capacidade de IA	Excelente tecnologia de comutação de chip e IA da Tesla
Propósito	Companheiro, robô de serviço

AGIBOT Robótica – RAISE A1

“RAISE A1” é um robô humanoide desenvolvido pela AGIbot, e tem uma forma humanoide completa. A “inteligência incorporada” na introdução do produto também representa a combinação de tecnologia de inteligência artificial e entidades robóticas.

Características do AGIBOT:

Recurso	Descrição
Metal líquido	O metal líquido possui propriedades deformáveis, elásticas e condutoras, permitindo a livre torção e deformação das partes do corpo do robô
Interação Humano-Computador	A tecnologia de “fusão multimodal” permite compreender melhor a linguagem e o comportamento humanos
Propósito	Fabricação industrial e serviços domésticos

O lançamento do novo produto Zhiyuan RAISE A1 – abre uma nova era de inteligência incorporada →

Tecnologia Robótica

• Percepção ambiental:Os robôs humanoides modernos são equipados com sensores avançados, como lidar, sensores infravermelhos e câmeras de alta resolução, que permitem que os robôs percebam o ambiente ao seu redor com mais precisão.
• Mobilidade: Por meio de algoritmos dinâmicos avançados e design mecânico sofisticado, a mobilidade e a flexibilidade dos robôs humanoides modernos foram significativamente melhoradas.
• Capacidade de aprendizagem da IA: A integração da tecnologia de IA permite que robôs humanoides entendam e respondam melhor às instruções humanas, e até mesmo executem processos complexos de tomada de decisão.
• Interação humano-robô: Robôs humanoides são cada vez mais capazes de comunicação natural com humanos, incluindo reconhecimento de fala, reconhecimento de expressões faciais e comunicação não verbal complexa.
• Energia: Avanços na tecnologia de motores e baterias melhoraram a eficiência energética dos robôs humanoides e aumentaram seu tempo de execução.

Parte 2: O núcleo de energia dos robôs humanoides-motores

No design de robôs humanoides, Movimento linear e Movimento rotacional são os dois elementos principais que constituem o movimento articular. A combinação desses dois movimentos constitui a maioria dos modos de movimento dos robôs humanoides, incluindo agarrar, pular, andar, endireitar e dobrar.

1. Movimento Linear

Definição: Movimento linear é o movimento ao longo de um caminho reto. No design de juntas de robôs, o movimento linear é usado principalmente para estender, contrair ou mover peças, como empurrar e puxar um braço robótico.
Aplicativo: Nas pernas de um robô humanoide, atuadores lineares podem ser usados para simular a extensão e flexão do joelho.

2. Movimento de rotação

Definição: O movimento rotacional envolve a rotação em torno de um eixo. Esta é a forma mais comum de movimento para juntas de robôs.
Aplicativo: As articulações do ombro e do pulso de robôs humanoides geralmente têm movimentos rotacionais para imitar os movimentos correspondentes dos humanos. As articulações de robôs industriais também costumam usar movimento rotacional para atingir operação flexível multidirecional.

Que tipo de motor é usado no robô?

O motor robótico é a principal fonte de energia para o movimento da junta do robô e movimento linear. Ao projetar a parte energizada de uma junta do robô, há vários fatores específicos que precisam ser considerados para garantir que os motores possam atender às necessidades funcionais do robô. Aqui estão alguns fatores-chave:

Recurso	Descrição
Torque	O movimento do robô requer altos torques de parada e partida
Velocidade	A faixa de velocidade do motor precisa ser controlável
Controle preciso	Os motores dos robôs exigem controle e feedback precisos, e os requisitos de precisão são muito altos
Tamanho	O espaço de instalação do motor conjunto determina seus rigorosos requisitos de tamanho
Peso	Os motores dos robôs precisam ser o mais leves possível
Tensão	Os robôs humanoides são alimentados por baterias de lítio e a voltagem geral é de 12 V-48 V

1. Motor BLDC

O motor BLDC é um tipo de motor de alta eficiência e longa vida útil que usa controle eletromagnético (em vez de métodos mecânicos tradicionais) para controlar a potência e a comutação do motor.

Vantagem：

1. Vida útil: Os motores sem escovas têm uma vida útil muito longa e baixa manutenção
2. Precisão e controle: A unidade de controle eletrônico controla com precisão a velocidade e o torque do motor
3. Silencioso: Os motores sem escovas apresentam ruído operacional muito baixo e são adequados para robôs de serviço
4. Estabilidade: A tecnologia do motor sem escovas está madura, com muitas opções e design simples

2. Motor de torque sem moldura

Vantagem：

1. Alta densidade de torque: Motores de torque sem moldura são capazes de fornecer alto torque em baixas velocidades.
2. Controle de alta precisão: Devido à falta de componentes de transmissão mecânica adicionais, os motores de torque sem moldura podem fornecer maior precisão de controle de movimento.
3. Tamanho e peso: A estrutura sem moldura permite que o motor seja integrado de forma mais compacta ao design da máquina, economizando espaço e reduzindo o peso.
4. Baixa inércia: O acionamento direto elimina peças rotativas adicionais, reduzindo assim a inércia total do sistema, possibilitando partidas e paradas rápidas.

3. Servomotor

O servomotor é um especialmente projetado controlado por malha fechada motor sem escovas que é usado principalmente para fornecer controle preciso para alcançar movimento preciso.

Vantagem：

1. Controle de malha fechada: O servomotor funciona em um sistema de circuito fechado, e o movimento real do motor é monitorado continuamente e comparado com o movimento esperado para obter um controle preciso.
2. Entrada de sinal: O controlador envia sinais de comando ao motor, instruindo-o a se mover para uma posição específica, a uma velocidade específica ou a gerar um torque específico.
3. Opinião: Dispositivos de feedback (codificadores) fornecem informações sobre a posição e velocidade reais do motor

4. Motor BLDC Outrunner

O motor BLDC outrunner é um motor DC sem escovas (BLDC) com uma estrutura especial. Sua principal característica é que o rotor (parte giratória) está localizado fora do estator (parte estacionária).

Vantagem：

1. Saída de alto torque: Devido ao maior diâmetro do rotor, motores de rotor externo podem fornecer maior torque.
2. Design plano: Motores de rotor externo são adequados para uso em aplicações onde o espaço é limitado.
3. Baixo momento de inércia: Motores de rotor externo têm um momento de inércia relativamente baixo, permitindo que eles acelerem e desacelerem rapidamente.
4. Dissipação de calor: O design externo do rotor ajuda a dissipar o calor de forma mais eficaz, melhorando a eficiência e a vida útil do motor.

5. Motor de articulação do robô

O Motor de articulação do robô é um dispositivo de condução de alta precisão e alta densidade energética que integra um caixa de velocidades, um codificador, e um motor de torque sem moldura.

Vantagem：

1. Controle preciso: Motores conjuntos podem fornecer controle de ângulo e velocidade de alta precisão.
2. Design integrado: O design do motor articulado integra a caixa de engrenagens, o motor e o controle em um módulo, o que reduz bastante o peso e o tamanho do motor.
3. Alta densidade de torque: Os motores conjuntos são projetados para fornecer alto torque de saída em um volume relativamente pequeno.

Parte 3: Transmissão de energia do robô humanoide-caixa de engrenagens

A estrutura da engrenagem é um componente importante dos robôs humanoides, usada principalmente para transmitir e aprimorar as capacidades de potência e controle das juntas e partes móveis do robô. A principal função da caixa de engrenagens é converter a saída de alta velocidade e baixo torque gerada pelo motor em saída de baixa velocidade e alto torque.

Característica da caixa de engrenagens:

• Aumento de torque: Aumente o torque reduzindo a velocidade do eixo de saída
• Controle preciso: Melhore a precisão do controle das articulações e peças móveis do robô, ajudando a obter movimentos mais precisos.
• Eficiência: Reduz a carga diretamente no eixo do motor, melhorando a vida útil e a eficiência do motor.
• Espaço: Caixas de engrenagens integradas permitem um design de robô mais compacto, especialmente em áreas de juntas onde o espaço é limitado.

1. Engrenagem Planetária

O engrenagem planetária estrutura é um sistema de transmissão de engrenagem eficiente. Sua estrutura compacta, alta densidade de torque e alta eficiência o tornam amplamente utilizado em acessórios de robôs humanoides.

Vantagem：

1. Eficiência de espaço: Caixas de engrenagens planetárias são adequadas para articulações de robôs humanoides com espaço limitado, como braços, pernas ou pés.
2. Controle preciso: A alta taxa de redução permite que o motor controle com precisão o movimento do robô
3. Custo-efetividade: As caixas de engrenagens planetárias são relativamente baratas

2. Parafuso Planetário

Parafuso de rolo planetário é um elemento de transmissão mecânica de alta precisão que consiste em um parafuso (eixo helicoidal), uma porca e vários rolos de precisão. Quando o parafuso gira, os rolos rolam ao longo da ranhura espiral do parafuso, fazendo com que a porca se mova ao longo do eixo do parafuso, convertendo assim o movimento rotacional em movimento linear.

Vantagem：

1. Controle preciso: Os parafusos de rolos planetários fornecem controle de movimento linear muito preciso
2. Alta capacidade de carga: parafusos de rolos planetários podem suportar altas cargas
3. Alta rigidez e durabilidade: Este parafuso tem alta rigidez e boa durabilidade
4. Movimento suave: Parafusos de rolos planetários proporcionam movimento suave, ajudando a reduzir vibração e ruído.

3. Engrenagem harmônica

O redutor harmônico é um mecanismo de redução de engrenagem de alta precisão e alta eficiência. O redutor harmônico é composto principalmente de um flexspline, um gerador de ondas e um spline circular. Quando o gerador de ondas gira, ele transfere a forma elíptica para o flexspline, fazendo com que o flexspline se deforme. Como o número de dentes do flexspline e do spline rígido é diferente, essa deformação faz com que o flexspline gire lentamente em relação ao spline rígido, resultando em uma desaceleração.

Vantagem：

1. Alta densidade de torque: Eles fornecem alto torque de saída em um tamanho relativamente pequeno.
2. Eficiência: O redutor harmônico tem alta eficiência de transmissão e pode efetivamente converter energia.
3. Baixa reação: Praticamente nenhuma folga, o que é essencial para aplicações que exigem alta precisão de posicionamento e repetibilidade.
4. Baixa vibração e ruído: O redutor harmônico opera suavemente com baixos níveis de vibração e ruído.

A direção de desenvolvimento do redutor robótico

Com o avanço da tecnologia robótica, a direção futura dos robôs humanoides deve ser a comercialização. Para o desenvolvimento futuro de robôs humanoides, o redutor do robô deve levar em conta os seguintes fatores-chave.

Características de P&D	Detalhes
Desempenho	Melhore a precisão e a densidade de torque, aumente a durabilidade e a confiabilidade.
Peso e Espaço	Design miniaturizado, usando novos materiais para reduzir o peso e melhorar o desempenho.
Modular	Desenvolver componentes redutores padronizados e modulares para obter compatibilidade entre domínios.
Custo	Reduza custos melhorando o design, os processos de fabricação e a produção em larga escala.