Was sind die Kernkomponenten humanoider Roboter (Motoren, Getriebe)

Teil 1: Anleitung (Was sind humanoide Roboter)

Seit Beginn des 21. Jahrhunderts hat sich die Technologie humanoider Roboter rasant weiterentwickelt. Dieser Entwicklungsschub wurde insbesondere durch Boston Dynamics, ein führendes amerikanisches Robotikunternehmen, mit der Veröffentlichung seines zweibeinigen Roboters Atlas am 11. Juli 2013 vorangetrieben.

Boston Dynamics – Atlas

Boston Dynamics ist ein amerikanisches Unternehmen mit einem hervorragenden Ruf im Bereich der Robotik, das für seine innovativen und leistungsstarken Roboterdesigns bekannt ist.

Atlas-Funktionen:

Besonderheit	Beschreibung
Hohe Mobilität	Atlas ist als multifunktionaler Roboter konzipiert, der in komplexen Umgebungen rennen, springen und Aufgaben ausführen kann.
Fortschrittliches Ausgleichssystem	Es verfügt über hervorragende Ausgleichseigenschaften und bleibt auch auf unebenem Boden stabil.
Komplexe Arm- und Handmechanik	Dadurch können sie heikle Manipulationsaufgaben durchführen.
Zweck	Wird für Rettungseinsätze und die Durchführung gefährlicher Aufgaben (z. B. Arbeiten in Kernkraftwerken usw.) verwendet.

Atlas zeigt erstaunliche Wendigkeit Und Gleichgewicht →

Tesla – Optimus

Optimus, auch als Tesla Bot bekannt, ist ein konzeptioneller, humanoider Universalroboter, der von Tesla, Inc. entwickelt wird. Sein Zweck besteht darin, „alles zu tun, was Menschen nicht tun wollen“.

Optimus-Funktionen:

Besonderheit	Beschreibung
Soziale Interaktionsmöglichkeiten	Optimus ist für die menschliche Interaktion konzipiert und verfügt über Gesichtserkennung und Funktionen zur Verarbeitung natürlicher Sprache.
KI-Fähigkeit	Teslas exzellente Chip- und KI-Schalttechnologie
Zweck	Begleiter, Serviceroboter

AGIBOT Robotics – RAISE A1

„RAISE A1“ ist ein humanoider Roboter, entwickelt von AGIbotund hat eine vollständig humanoide Form. Die „verkörperte Intelligenz“ in der Produkteinführung stellt auch die Kombination von künstlicher Intelligenztechnologie und Robotereinheiten dar.

AGIBOT-Funktionen:

Besonderheit	Beschreibung
Flüssiges Metall	Flüssigmetall hat verformbare, elastische und leitfähige Eigenschaften und ermöglicht so die freie Drehung und Verformung von Roboterkörperteilen.
Mensch-Computer-Interaktion	Die Technologie der „Multimodalen Fusion“ ermöglicht ein besseres Verständnis der menschlichen Sprache und des menschlichen Verhaltens
Zweck	Industrielle Fertigung und Haushaltsdienstleistungen

Die Produkteinführung des neuen Zhiyuan RAISE A1 eröffnet eine neue Ära der verkörperten Intelligenz →

Robotertechnologie

• Umweltwahrnehmung: Moderne humanoide Roboter sind mit fortschrittlichen Sensoren wie Lidar, Infrarotsensoren und hochauflösenden Kameras ausgestattet, die es Robotern ermöglichen, ihre Umgebung genauer wahrzunehmen.
• Mobilität: Durch fortschrittliche Dynamikalgorithmen und ein ausgeklügeltes mechanisches Design konnten die Mobilität und Flexibilität moderner humanoider Roboter deutlich verbessert werden.
• KI-Lernfähigkeit: Durch die Integration von KI-Technologie sind humanoide Roboter in der Lage, menschliche Anweisungen besser zu verstehen und darauf zu reagieren und sogar komplexe Entscheidungsprozesse durchzuführen.
• Mensch-Roboter-Interaktion: Humanoide Roboter sind zunehmend in der Lage, auf natürliche Weise mit Menschen zu kommunizieren, einschließlich Spracherkennung, Gesichtsausdruckserkennung und komplexer nonverbaler Kommunikation.
• Energie: Fortschritte in der Motor- und Batterietechnologie haben die Energieeffizienz humanoider Roboter verbessert und ihre Laufzeit erhöht.

Teil 2: Der Antriebskern humanoider Roboter – der Motor

Bei der Konstruktion humanoider Roboter Lineare Bewegung Und Rotationsbewegung sind die beiden Kernelemente der Gelenkbewegung. Die Kombination dieser beiden Bewegungen stellt die meisten Bewegungsarten humanoider Roboter dar, darunter Greifen, Springen, Gehen, Aufrichten und Beugen.

1. Lineare Bewegung

Definition: Lineare Bewegung ist eine Bewegung entlang einer geraden Linie. Bei der Konstruktion von Robotergelenken wird lineare Bewegung hauptsächlich zum Ausfahren, Zusammenziehen oder Bewegen von Teilen verwendet, beispielsweise zum Drücken und Ziehen eines Roboterarms.
Anwendung: In den Beinen eines humanoiden Roboters können Linearantriebe verwendet werden, um die Streckung und Beugung der Knie zu simulieren.

2. Rotationsbewegung

Definition: Bei der Rotationsbewegung handelt es sich um eine Drehung um eine Achse. Dies ist die häufigste Bewegungsform für Robotergelenke.
Anwendung: Die Schulter- und Handgelenke humanoider Roboter führen üblicherweise Drehbewegungen aus, um die entsprechenden Bewegungen des Menschen nachzuahmen. Auch die Gelenke von Industrierobotern nutzen häufig Drehbewegungen, um eine flexible Bewegung in mehrere Richtungen zu ermöglichen.

Welcher Motortyp wird im Roboter verwendet?

Der Robotermotor ist die zentrale Antriebsquelle für die Bewegung von Robotergelenken und die lineare Bewegung. Bei der Konstruktion des angetriebenen Teils eines Robotergelenks müssen verschiedene spezifische Faktoren berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Motoren die funktionalen Anforderungen des Roboters erfüllen. Hier sind einige Schlüsselfaktoren:

Besonderheit	Beschreibung
Drehmoment	Roboterbewegungen erfordern hohe Stillstands- und Anlaufdrehmomente
Geschwindigkeit	Der Drehzahlbereich des Motors muss steuerbar sein
Präzise Steuerung	Robotermotoren erfordern eine präzise Steuerung und Rückmeldung, und die Genauigkeitsanforderungen sind sehr hoch
Größe	Der Einbauraum des Gelenkmotors bestimmt dessen strenge Größenanforderungen
Gewicht	Robotermotoren müssen möglichst leicht sein
Stromspannung	Humanoide Roboter werden mit Lithiumbatterien betrieben und die allgemeine Spannung beträgt 12 V-48 V

1. BLDC-Motor

Ein BLDC-Motor ist eine Art hocheffizienter, langlebiger Motor, der zur Steuerung der Leistung und Kommutierung des Motors eine elektromagnetische Steuerung (anstelle herkömmlicher mechanischer Methoden) verwendet.

Vorteil:

1. Lebensdauer: Bürstenlose Motoren haben eine sehr lange Lebensdauer und einen geringen Wartungsaufwand
2. Präzision und Kontrolle: Die elektronische Steuereinheit regelt präzise die Drehzahl und das Drehmoment des Motors
3. Still: Bürstenlose Motoren haben ein sehr geringes Betriebsgeräusch und eignen sich für Serviceroboter
4. Stabilität: Die bürstenlose Motortechnologie ist ausgereift, mit vielen Optionen und einfachem Design

2. Rahmenloser Drehmomentmotor

Vorteil:

1. Hohe Drehmomentdichte: Rahmenlose Torquemotoren können bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment liefern.
2. Hochpräzise Steuerung: Da keine zusätzlichen mechanischen Übertragungskomponenten vorhanden sind, können rahmenlose Torquemotoren eine höhere Genauigkeit bei der Bewegungssteuerung bieten.
3. Größe und Gewicht: Durch die rahmenlose Bauweise lässt sich der Motor kompakter in das Maschinendesign integrieren, was Platz spart und Gewicht reduziert.
4. Geringe Trägheit: Durch den Direktantrieb werden zusätzliche rotierende Teile vermieden, wodurch die Gesamtträgheit des Systems verringert wird und schnelle Starts und Stopps möglich werden.

3. Servomotor

Der Servomotor ist ein speziell entwickeltes geregelt bürstenloser Motor, der hauptsächlich verwendet wird, um präzise Steuerung zu erreichen präzise Bewegung.

Vorteil:

1. Regelung: Der Servomotor arbeitet in einem geschlossenen Regelkreis. Die tatsächliche Bewegung des Motors wird kontinuierlich überwacht und mit der erwarteten Bewegung verglichen, um eine präzise Steuerung zu erreichen.
2. Signaleingang: Der Controller sendet Befehlssignale an den Motor und weist ihn an, sich in eine bestimmte Position zu bewegen, sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit zu bewegen oder ein bestimmtes Drehmoment zu erzeugen.
3. Rückmeldung: Rückmeldegeräte (Encoder) liefern Informationen über die tatsächliche Position und Geschwindigkeit des Motors

4. Outrunner BLDC-Motor

Der Outrunner-BLDC-Motor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) mit einer speziellen Struktur. Sein Hauptmerkmal ist, dass sich der Rotor (rotierender Teil) außerhalb des Stators (stationärer Teil) befindet.

Vorteil:

1. Hohes Drehmoment: Aufgrund des größeren Durchmessers des Rotors können Außenläufermotoren ein höheres Drehmoment bereitstellen.
2. Flaches Design: Außenläufermotoren eignen sich für den Einsatz in Anwendungen mit begrenztem Platzangebot.
3. Geringes Trägheitsmoment: Außenläufermotoren verfügen über ein relativ geringes Trägheitsmoment und können daher schnell beschleunigen und abbremsen.
4. Wärmeableitung: Das äußere Design des Rotors trägt zu einer effektiveren Wärmeableitung bei und verbessert so die Effizienz und Lebensdauer des Motors.

5. Robotergelenkmotor

Der Robotergelenkmotor ist ein hochpräzises Antriebsgerät mit hoher Energiedichte, das eine Getriebe, ein Encoderund ein rahmenloser Torquemotor.

Vorteil:

1. Präzise Steuerung: Gelenkmotoren ermöglichen eine hochpräzise Winkel- und Geschwindigkeitsregelung.
2. Integriertes Design: Das Design des Gelenkmotors integriert Getriebe, Motor und Steuerung in einem Modul, wodurch Gewicht und Größe des Motors erheblich reduziert werden.
3. Hohe Drehmomentdichte: Gelenkmotoren sind darauf ausgelegt, ein hohes Drehmoment bei relativ geringem Volumen bereitzustellen.

Teil 3: Kraftübertragung des humanoiden Robotergetriebes

Die Getriebestruktur ist ein wichtiger Bestandteil humanoider Roboter und dient hauptsächlich der Kraftübertragung und -steigerung sowie der Steuerung von Robotergelenken und beweglichen Teilen. Die Hauptfunktion des Getriebes besteht darin, die vom Motor erzeugte Leistung mit hoher Geschwindigkeit und niedrigem Drehmoment in Leistung mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment umzuwandeln.

Getriebefunktion:

• Drehmomenterhöhung: Erhöhen Sie das Drehmoment durch Reduzierung der Drehzahl der Abtriebswelle
• Präzise Steuerung: Verbessern Sie die Steuerungsgenauigkeit von Robotergelenken und beweglichen Teilen und tragen Sie so zu präziseren Bewegungen bei.
• Effizienz: Reduzieren Sie die Belastung direkt auf der Motorwelle und verbessern Sie so die Lebensdauer und Effizienz des Motors.
• Raum: Integrierte Getriebe ermöglichen eine kompaktere Roboterkonstruktion, insbesondere in Gelenkbereichen mit begrenztem Platzangebot.

1. Planetengetriebe

Der Planetengetriebe Die Struktur ist ein effizientes Getriebesystem. Aufgrund seiner kompakten Struktur, der hohen Drehmomentdichte und der hohen Effizienz wird es häufig in Zubehörteilen für humanoide Roboter eingesetzt.

Vorteil:

1. Raumeffizienz: Planetengetriebe eignen sich für platzbeschränkte Gelenke humanoider Roboter wie Arme, Beine oder Füße.
2. Präzise Steuerung: Das hohe Untersetzungsverhältnis ermöglicht dem Motor eine präzise Steuerung der Roboterbewegung
3. Wirtschaftlichkeit: Planetengetriebe sind relativ günstig

2. Planetenschraube

Planetenrollengewindetrieb ist ein hochpräzises mechanisches Übertragungselement, das aus einer Schraube (Schraubenwelle), einer Mutter und mehreren Präzisionsrollen besteht. Wenn sich die Schraube dreht, rollen die Rollen entlang der Spiralnut der Schraube, wodurch die Mutter entlang der Schraubenachse bewegt wird und so die Drehbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt wird.

Vorteil:

1. Präzise Steuerung: Planetenrollengewindetriebe ermöglichen eine sehr präzise lineare Bewegungssteuerung
2. Hohe Tragfähigkeit: Planetenrollengewindetriebe halten hohen Belastungen stand
3. Hohe Steifigkeit und Langlebigkeit: Diese Schraube hat eine hohe Steifigkeit und gute Haltbarkeit
4. Sanfte Bewegung: Planetenrollengewindetriebe sorgen für eine gleichmäßige Bewegung und tragen zur Reduzierung von Vibrationen und Lärm bei.

3. Harmonisches Getriebe

Der Harmonic Reducer ist ein hochpräziser und hocheffizienter Untersetzungsmechanismus. Der Harmonic Reducer besteht hauptsächlich aus einem Flexspline, A Wellengenerator und ein Zirkulärer SplineWenn sich der Wellengenerator dreht, überträgt er die elliptische Form auf den Flexspline, wodurch dieser sich verformt. Da sich die Anzahl der Zähne des Flexsplines und des starren Splines unterscheidet, führt diese Verformung dazu, dass sich der Flexspline im Vergleich zum starren Spline langsam dreht, was zu einer Verzögerung führt.

Vorteil:

1. Hohe Drehmomentdichte: Sie bieten ein hohes Drehmoment bei relativ kleiner Größe.
2. Effizienz: Der Oberschwingungsreduzierer verfügt über eine hohe Übertragungseffizienz und kann Energie effektiv umwandeln.
3. Geringes Spiel: Praktisch kein Spiel, was für Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist, die eine hohe Wiederholgenauigkeit bei der Positionierung erfordern.
4. Geringe Vibration und Geräuschentwicklung: Der Oberschwingungsdämpfer arbeitet reibungslos mit geringen Vibrationen und Geräuschpegeln.

Die Entwicklungsrichtung des Robot Reducer

Mit der Weiterentwicklung der Robotertechnologie muss die zukünftige Richtung humanoider Roboter in der Kommerzialisierung liegen. Für die zukünftige Entwicklung humanoider Roboter sollten die Reduzierstücke des Roboters die folgenden Schlüsselfaktoren berücksichtigen.

F&E-Merkmale	Details
Leistung	Verbessern Sie Genauigkeit und Drehmomentdichte und steigern Sie Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.
Gewicht und Platz	Miniaturisiertes Design unter Verwendung neuer Materialien zur Gewichtsreduzierung und Leistungsverbesserung.
Modular	Entwickeln Sie standardisierte und modulare Reducer-Komponenten, um domänenübergreifende Kompatibilität zu erreichen.
Kosten	Reduzieren Sie die Kosten durch Verbesserung von Design, Herstellungsprozessen und Massenproduktion.