Quels sont les composants principaux des robots humanoïdes (moteurs, boîte de vitesses)

Partie 1 : Instruction (Qu'est-ce qu'un robot humanoïde)

Depuis le début du XXIe siècle, la technologie des robots humanoïdes a progressé rapidement. Cet essor a notamment été stimulé par Boston Dynamics, une importante entreprise américaine de robotique, avec le lancement de son robot bipède Atlas le 11 juillet 2013.

Boston Dynamics – Atlas

Boston Dynamics est une société américaine jouissant d'une solide réputation dans le domaine de la robotique, connue pour ses conceptions de robots innovantes et performantes.

Caractéristiques de l'Atlas :

Fonctionnalité	Description
Haute mobilité	Atlas est conçu comme un robot multifonctionnel capable de courir, de sauter et d'effectuer des tâches dans des environnements complexes.
Système d'équilibrage avancé	Il possède d'excellentes capacités d'équilibrage et reste stable même sur un sol irrégulier.
Mécanique complexe des bras et des mains	Leur permettant d’effectuer des tâches de manipulation délicates.
But	Utilisé pour le sauvetage, la gestion de tâches dangereuses (comme le travail dans les centrales nucléaires, etc.).

Atlas démontre des choses étonnantes maniabilité et équilibre →

Tesla – Optimus

Optimus, également connu sous le nom de Tesla Bot, est un robot humanoïde conceptuel universel développé par Tesla, Inc. Son objectif est de « faire tout ce que les humains ne veulent pas faire ».

Caractéristiques d'Optimus :

Fonctionnalité	Description
Capacités d'interaction sociale	Optimus est conçu pour l'interaction humaine, avec des capacités de reconnaissance faciale et de traitement du langage naturel.
Capacité de l'IA	L'excellente puce de Tesla et la technologie de commutation IA
But	Compagnon, robot de service

Robotique AGIBOT – RAISE A1

« RAISE A1 » est un robot humanoïde développé par AGIbot, et possède une forme humanoïde complète. L'« intelligence incarnée » présentée dans la présentation du produit représente également la combinaison de l'intelligence artificielle et d'entités robotiques.

Caractéristiques d'AGIBOT :

Fonctionnalité	Description
Métal liquide	Le métal liquide possède des propriétés déformables, élastiques et conductrices, permettant une torsion et une déformation libres des parties du corps du robot
Interaction homme-machine	La technologie de « fusion multimodale » permet de mieux comprendre le langage et le comportement humains
But	Fabrication industrielle et services aux ménages

Le lancement du nouveau produit Zhiyuan RAISE A1 ouvre une nouvelle ère d'intelligence incarnée →

Technologie robotique

• Perception environnementale:Les robots humanoïdes modernes sont équipés de capteurs avancés, tels que des lidars, des capteurs infrarouges et des caméras haute résolution, qui permettent aux robots de percevoir leur environnement avec plus de précision.
• Mobilité: Grâce à des algorithmes dynamiques avancés et à une conception mécanique sophistiquée, la mobilité et la flexibilité des robots humanoïdes modernes ont été considérablement améliorées.
• Capacité d'apprentissage de l'IA : L’intégration de la technologie de l’IA permet aux robots humanoïdes de mieux comprendre et de répondre aux instructions humaines, et même d’effectuer des processus de prise de décision complexes.
• Interaction homme-robot : Les robots humanoïdes sont de plus en plus capables de communiquer naturellement avec les humains, notamment par la reconnaissance vocale, la reconnaissance des expressions faciales et la communication non verbale complexe.
• Énergie : avancées Les progrès réalisés dans le domaine des moteurs et des batteries ont permis d’améliorer l’efficacité énergétique des robots humanoïdes et d’augmenter leur durée de fonctionnement.

Partie 2 : Le cœur de puissance des robots humanoïdes - Moteur

Dans la conception des robots humanoïdes, mouvement linéaire et mouvement de rotation sont les deux éléments fondamentaux du mouvement articulaire. La combinaison de ces deux mouvements constitue la plupart des modes de déplacement des robots humanoïdes, notamment la préhension, le saut, la marche, le redressement et la flexion.

1. Mouvement linéaire

Définition: Le mouvement linéaire est un mouvement suivant une trajectoire rectiligne. Dans la conception des articulations robotiques, il est principalement utilisé pour étendre, contracter ou déplacer des pièces, comme la poussée et la traction d'un bras robotisé.
Application: Dans les jambes d’un robot humanoïde, des actionneurs linéaires peuvent être utilisés pour simuler l’extension et la flexion du genou.

2. Mouvement de rotation

Définition: Le mouvement de rotation implique une rotation autour d'un axe. Il s'agit de la forme de mouvement la plus courante pour les articulations des robots.
Application: Les articulations des épaules et des poignets des robots humanoïdes imitent généralement les mouvements humains. Les articulations des robots industriels utilisent également souvent des mouvements rotatifs pour assurer un fonctionnement flexible multidirectionnel.

Quel type de moteur est utilisé dans un robot ?

Le moteur robotique Le moteur est la principale source d'énergie pour le mouvement des articulations et le mouvement linéaire du robot. Lors de la conception de la partie motorisée d'une articulation, plusieurs facteurs spécifiques doivent être pris en compte pour garantir que les moteurs répondent aux besoins fonctionnels du robot. Voici quelques facteurs clés :

Fonctionnalité	Description
Couple	Le mouvement du robot nécessite des couples de décrochage et de démarrage élevés
Vitesse	La plage de vitesse du moteur doit être contrôlable
Contrôle précis	Les moteurs de robot nécessitent un contrôle et une rétroaction précis, et les exigences de précision sont très élevées
Taille	L'espace d'installation du moteur à joint détermine ses exigences de taille strictes
Poids	Les moteurs des robots doivent être aussi légers que possible
Tension	Les robots humanoïdes sont alimentés par des batteries au lithium et la tension générale est de 12 V à 48 V.

1. Moteur BLDC

Le moteur BLDC est un type de moteur à haut rendement et à longue durée de vie qui utilise le contrôle électromagnétique (plutôt que les méthodes mécaniques traditionnelles) pour contrôler la puissance et la commutation du moteur.

Avantage：

1. Durée de vie: Les moteurs sans balais ont une très longue durée de vie et nécessitent peu d'entretien
2. Précision et contrôle : L'unité de commande électronique contrôle avec précision la vitesse et le couple du moteur
3. Silencieux: Les moteurs sans balais ont un bruit de fonctionnement très faible et conviennent aux robots de service
4. Stabilité: La technologie des moteurs sans balais est mature, avec de nombreuses options et une conception simple

2. Moteur couple sans cadre

Avantage：

1. Densité de couple élevée : Les moteurs à couple sans cadre sont capables de fournir un couple élevé à basse vitesse.
2. Contrôle de haute précision : En raison de l'absence de composants de transmission mécanique supplémentaires, les moteurs à couple sans cadre peuvent fournir une précision de contrôle de mouvement plus élevée.
3. Taille et poids : La structure sans cadre permet au moteur d'être intégré de manière plus compacte dans la conception de la machine, économisant ainsi de l'espace et réduisant le poids.
4. Faible inertie : L'entraînement direct élimine les pièces rotatives supplémentaires, réduisant ainsi l'inertie totale du système, permettant des démarrages et des arrêts rapides.

3. Servomoteur

Le servomoteur est un produit spécialement conçu contrôlé en boucle fermée moteur sans balais qui est principalement utilisé pour fournir contrôle précis pour atteindre mouvement précis.

Avantage：

1. Contrôle en boucle fermée : Le servomoteur fonctionne dans un système en boucle fermée et le mouvement réel du moteur est surveillé en permanence et comparé au mouvement attendu pour obtenir un contrôle précis.
2. Entrée de signal : Le contrôleur envoie des signaux de commande au moteur, lui demandant de se déplacer vers une position spécifique, de se déplacer à une vitesse spécifique ou de générer un couple spécifique.
3. Retour: Les dispositifs de rétroaction (encodeurs) fournissent des informations sur la position et la vitesse réelles du moteur

4. Moteur BLDC à rotor externe

Le moteur BLDC à rotor extérieur Il s'agit d'un moteur à courant continu sans balais (BLDC) doté d'une structure particulière. Sa principale caractéristique est que le rotor (partie tournante) est situé à l'extérieur du stator (partie fixe).

Avantage：

1. Couple de sortie élevé : En raison du diamètre plus grand du rotor, les moteurs à rotor externe peuvent fournir un couple plus important.
2. Conception plate : Les moteurs à rotor externe conviennent à une utilisation dans des applications où l'espace est limité.
3. Faible moment d'inertie : Les moteurs à rotor extérieur ont un moment d’inertie relativement faible, ce qui leur permet d’accélérer et de décélérer rapidement.
4. Dissipation thermique : La conception externe du rotor permet de dissiper la chaleur plus efficacement, améliorant ainsi l'efficacité et la durée de vie du moteur.

5. Moteur d'articulation du robot

Le Moteur d'articulation du robot est un dispositif d'entraînement de haute précision et à haute densité énergétique qui intègre un boîte de vitesse, un encodeur, et un moteur couple sans cadre.

Avantage：

1. Contrôle précis : Les moteurs à joint peuvent fournir un contrôle d'angle et de vitesse de haute précision.
2. Conception intégrée : La conception du moteur articulé intègre la boîte de vitesses, le moteur et la commande dans un seul module, ce qui réduit considérablement le poids et la taille du moteur.
3. Densité de couple élevée : Les moteurs à joint sont conçus pour fournir un couple élevé dans un volume relativement petit.

Partie 3 : Transmission de puissance d'un robot humanoïde à boîte de vitesses

La structure d'engrenage est un composant important des robots humanoïdes. Elle sert principalement à transmettre et à améliorer la puissance et les capacités de contrôle des articulations et des pièces mobiles du robot. Sa fonction principale est de convertir la puissance à grande vitesse et à faible couple générée par le moteur en puissance à faible vitesse et à couple élevé.

Caractéristiques de la boîte de vitesses :

• Augmentation du couple : Augmenter le couple en réduisant la vitesse de l'arbre de sortie
• Contrôle précis : Améliorez la précision du contrôle des articulations et des pièces mobiles du robot, contribuant ainsi à obtenir des mouvements plus précis.
• Efficacité: Réduisez la charge directement sur l'arbre du moteur, améliorant ainsi la durée de vie et l'efficacité du moteur.
• Espace: Les boîtes de vitesses intégrées permettent une conception de robot plus compacte, en particulier dans les zones d'articulation où l'espace est limité.

1. Engrenage planétaire

Le engrenage planétaire La structure est un système de transmission par engrenages performant. Sa structure compacte, sa densité de couple élevée et son rendement élevé en font un outil largement utilisé dans les accessoires de robots humanoïdes.

Avantage：

1. Efficacité spatiale : Les réducteurs planétaires conviennent aux articulations de robots humanoïdes à espace restreint telles que les bras, les jambes ou les pieds.
2. Contrôle précis : Le rapport de réduction élevé permet au moteur de contrôler avec précision le mouvement du robot
3. Rapport coût-efficacité : Les réducteurs planétaires sont relativement bon marché

2. Vis planétaire

Vis à rouleaux planétaires Il s'agit d'un élément de transmission mécanique de haute précision composé d'une vis (arbre hélicoïdal), d'un écrou et de plusieurs rouleaux de précision. Lorsque la vis tourne, les rouleaux roulent le long de sa rainure hélicoïdale, entraînant le déplacement de l'écrou le long de l'axe de la vis, convertissant ainsi le mouvement de rotation en mouvement linéaire.

Avantage：

1. Contrôle précis : Les vis à rouleaux planétaires offrent un contrôle de mouvement linéaire très précis
2. Capacité de charge élevée : les vis à rouleaux planétaires peuvent supporter des charges élevées
3. Haute rigidité et durabilité : Cette vis présente une grande rigidité et une bonne durabilité
4. Mouvement fluide : Les vis à rouleaux planétaires assurent un mouvement fluide, contribuant ainsi à réduire les vibrations et le bruit.

3. Engrenage harmonique

Le réducteur d'harmoniques est un mécanisme de réduction à engrenages de haute précision et à haut rendement. Il est principalement composé d'un flexspline, un générateur d'ondes et un cannelure circulaireLorsque le générateur d'ondes tourne, il transfère sa forme elliptique au flexspline, ce qui provoque sa déformation. Le nombre de dents du flexspline et du rigide étant différent, cette déformation ralentit la rotation du flexspline par rapport au rigide, ce qui entraîne une décélération.

Avantage：

1. Densité de couple élevée : Ils fournissent un couple élevé dans une taille relativement petite.
2. Efficacité:Le réducteur d'harmoniques a une efficacité de transmission élevée et peut convertir efficacement l'énergie.
3. Faible jeu : Pratiquement aucun jeu, ce qui est essentiel pour les applications nécessitant une précision de positionnement à répétabilité élevée.
4. Faibles vibrations et bruit : Le réducteur d'harmoniques fonctionne en douceur avec de faibles niveaux de vibrations et de bruit.

La direction du développement du réducteur de robot

Avec les progrès de la technologie robotique, l'avenir des robots humanoïdes passe par leur commercialisation. Pour leur développement futur, les réducteurs de robots humanoïdes doivent prendre en compte les facteurs clés suivants.

Caractéristiques de la R&D	Détails
Performance	Améliorez la précision et la densité de couple, améliorez la durabilité et la fiabilité.
Poids et espace	Conception miniaturisée, utilisant de nouveaux matériaux pour réduire le poids et améliorer les performances.
Modulaire	Développer des composants réducteurs standardisés et modulaires pour obtenir une compatibilité inter-domaines.
Coût	Réduisez les coûts en améliorant la conception, les processus de fabrication et la production à grande échelle.