Каковы основные компоненты гуманоидных роботов (двигатели, коробка передач)

Часть 1: Инструкция (Что такое гуманоидные роботы)

С начала 21 века технологии человекоподобных роботов стремительно развивались. Этот всплеск развития был в частности стимулирован Boston Dynamics, известной американской фирмой по робототехнике, выпустившей своего двуногого робота Atlas 11 июля 2013 года.

Boston Dynamics – Атлас

Бостон Дайнемикс — американская компания с прочной репутацией в области робототехники, известная своими инновационными и высокопроизводительными конструкциями роботов.

Возможности Атласа:

Особенность	Описание
Высокая мобильность	Atlas спроектирован как многофункциональный робот, способный бегать, прыгать и выполнять задания в сложных условиях.
Усовершенствованная система балансировки	Он обладает прекрасными балансировочными характеристиками и сохраняет устойчивость даже на неровной поверхности.
Сложная механика рук и кистей	Давая им возможность выполнять сложные манипуляционные задачи.
Цель	Используется для спасательных работ, выполнения опасных задач (например, работа на атомных электростанциях и т. д.).

Атлас демонстрирует удивительные маневренность и баланс →

Тесла – Оптимус

Оптимус, также известный как Tesla Bot, — концептуальный универсальный робот-гуманоид, разрабатываемый компанией Tesla, Inc. Его цель — «делать всё, чего люди делать не хотят».

Особенности Оптимуса:

Особенность	Описание
Возможности социального взаимодействия	Optimus разработан для взаимодействия с человеком и оснащен функциями распознавания лиц и обработки естественного языка.
Способность ИИ	Превосходный чип Tesla и технология коммутации на базе искусственного интеллекта
Цель	Компаньон, сервисный робот

AGIBOT Robotics – RAISE A1

«RAISE A1» — гуманоидный робот, разработанный AGIbot, и имеет полную гуманоидную форму. «Воплощенный интеллект» во введении к продукту также представляет собой комбинацию технологии искусственного интеллекта и роботизированных сущностей.

Особенности AGIBOT:

Особенность	Описание
Жидкий металл	Жидкий металл обладает деформируемыми, эластичными и проводящими свойствами, что позволяет свободно скручивать и деформировать части тела робота.
Взаимодействие человека и компьютера	Технология «мультимодального слияния» позволяет лучше понимать человеческий язык и поведение.
Цель	Промышленное производство и бытовые услуги

Запуск нового продукта Zhiyuan RAISE A1 открывает новую эру воплощенного интеллекта →

Робототехника

• Восприятие окружающей среды: Современные человекоподобные роботы оснащены передовыми датчиками, такими как лидары, инфракрасные датчики и камеры высокого разрешения, которые позволяют роботам более точно воспринимать окружающую среду.
• Мобильность: Благодаря усовершенствованным динамическим алгоритмам и сложной механической конструкции мобильность и гибкость современных человекоподобных роботов значительно улучшились.
• Способность ИИ к обучению: Интеграция технологий искусственного интеллекта позволяет человекоподобным роботам лучше понимать и реагировать на человеческие инструкции, а также выполнять сложные процессы принятия решений.
• Взаимодействие человека и робота: Человекоподобные роботы все больше способны к естественному общению с людьми, включая распознавание речи, распознавание выражений лиц и сложную невербальную коммуникацию.
• Энергия: Достижения в области технологий двигателей и аккумуляторов повысили энергоэффективность гуманоидных роботов и увеличили время их работы.

Часть 2: Силовое ядро гуманоидных роботов-двигателей

В конструкции человекоподобных роботов, Линейное движение и Вращательное движение являются двумя основными элементами, которые составляют совместное движение. Сочетание этих двух движений составляет большинство режимов движения гуманоидных роботов, включая хватание, прыжки, ходьбу, выпрямление и сгибание.

1. Линейное движение

Определение: Линейное движение — это движение по прямой траектории. В конструкции сочленений робота линейное движение в основном используется для удлинения, сжатия или перемещения частей, например, для толкания и вытягивания роботизированной руки.
Приложение: В ногах гуманоидного робота линейные приводы могут использоваться для имитации разгибания и сгибания колена.

2. Вращательное движение

Определение: Вращательное движение подразумевает вращение вокруг оси. Это наиболее распространенная форма движения для сочленений робота.
Приложение: Плечевые и запястные суставы гуманоидных роботов обычно имеют вращательные движения, имитирующие соответствующие движения людей. Суставы промышленных роботов также часто используют вращательное движение для достижения многонаправленной гибкой работы.

Какой тип двигателя используется в роботе?

The роботизированный двигатель является основным источником питания для движения сочленений робота и линейного движения. При проектировании силовой части сочленения робота необходимо учитывать несколько конкретных факторов, чтобы гарантировать, что двигатели могут соответствовать функциональным потребностям робота. Вот некоторые ключевые факторы:

Особенность	Описание
Крутящий момент	Движение робота требует высоких моментов торможения и пуска
Скорость	Диапазон скоростей двигателя должен быть контролируемым.
Точный контроль	Двигатели роботов требуют точного управления и обратной связи, а требования к точности очень высоки.
Размер	Место установки двигателя-шарнира определяет строгие требования к его размерам.
Масса	Двигатели роботов должны быть максимально легкими
Напряжение	Роботы-гуманоиды питаются от литиевых батарей, а общее напряжение составляет 12-48 В.

1. Двигатель BLDC

Двигатель BLDC — это высокоэффективный, долговечный двигатель, в котором для управления мощностью и коммутацией двигателя используется электромагнитное управление (а не традиционные механические методы).

Преимущество：

1. Продолжительность жизни: Бесщеточные двигатели имеют очень долгий срок службы и не требуют особого обслуживания.
2. Точность и контроль: Электронный блок управления точно контролирует скорость и крутящий момент двигателя.
3. Тихий: Бесщеточные двигатели имеют очень низкий уровень шума при работе и подходят для сервисных роботов.
4. Стабильность: Технология бесщеточных двигателей является зрелой, имеет множество опций и простую конструкцию.

2. Бескорпусной моментный двигатель

Преимущество：

1. Высокая плотность крутящего момента: Бескорпусные моментные двигатели способны развивать высокий крутящий момент на низких скоростях.
2. Высокоточный контроль: Благодаря отсутствию дополнительных механических компонентов трансмиссии бескорпусные моментные двигатели способны обеспечить более высокую точность управления движением.
3. Размер и вес: Безрамная конструкция позволяет более компактно интегрировать двигатель в конструкцию машины, экономя пространство и снижая вес.
4. Низкая инерция: Прямой привод исключает необходимость в дополнительных вращающихся частях, тем самым снижая общую инерцию системы и делая возможными быстрые запуски и остановки.

3. Серводвигатель

The серводвигатель это специально разработанный замкнутый контур управления бесщеточный двигатель, который в основном используется для обеспечения точный контроль достичь точное движение.

Преимущество：

1. Замкнутый контур управления: Серводвигатель работает в замкнутой системе, а фактическое движение двигателя постоянно отслеживается и сравнивается с ожидаемым движением для достижения точного управления.
2. Вход сигнала: Контроллер посылает двигателю командные сигналы, заставляя его переместиться в определенное положение, двигаться с определенной скоростью или генерировать определенный крутящий момент.
3. Обратная связь: Устройства обратной связи (энкодеры) предоставляют информацию о фактическом положении и скорости двигателя.

4. Двигатель постоянного тока с внешним ротором BLDC

The двигатель постоянного тока с внешним ротором бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) специальной конструкции. Его главная особенность заключается в том, что ротор (вращающаяся часть) расположен снаружи статора (неподвижной части).

Преимущество：

1. Высокий крутящий момент на выходе: Благодаря большему диаметру ротора двигатели с внешним ротором могут обеспечивать больший крутящий момент.
2. Плоский дизайн: Двигатели с внешним ротором подходят для использования в условиях ограниченного пространства.
3. Низкий момент инерции: Двигатели с внешним ротором имеют относительно низкий момент инерции, что позволяет им быстро разгоняться и замедляться.
4. Рассеивание тепла: Внешняя конструкция ротора способствует более эффективному рассеиванию тепла, повышая КПД и срок службы двигателя.

5. Сочлененный двигатель робота

The Двигатель сочлененного робота представляет собой высокоточное приводное устройство с высокой плотностью энергии, которое объединяет коробка передач, кодер, и бескорпусной моментный двигатель.

Преимущество：

1. Точный контроль: Двигатели сочленений могут обеспечить высокоточное управление углом и скоростью.
2. Интегрированное проектирование: Конструкция совместного двигателя объединяет редуктор, двигатель и управление в один модуль, что значительно снижает вес и размер двигателя.
3. Высокая плотность крутящего момента: Двигатели-шарниры разработаны для обеспечения высокого крутящего момента при относительно небольшом объеме.

Часть 3: Трансмиссия гуманоидного робота-редуктора

Зубчатая передача является важным компонентом гуманоидных роботов, в основном используется для передачи и улучшения мощности и возможностей управления сочленений и движущихся частей робота. Основная функция коробки передач заключается в преобразовании высокоскоростного и низкокрутящего выходного сигнала, генерируемого двигателем, в низкоскоростной и высококрутящий выходной сигнал.

Характеристика коробки передач：

• Увеличение крутящего момента: Увеличьте крутящий момент за счет снижения скорости выходного вала
• Точный контроль: Повысить точность управления сочленениями и движущимися частями робота, помогая добиться более точных движений.
• Эффективность: Уменьшите нагрузку непосредственно на вал двигателя, что увеличит срок службы и эффективность двигателя.
• Космос: Интегрированные редукторы позволяют создать более компактную конструкцию робота, особенно в местах соединений, где пространство ограничено.

1. Планетарная передача

The планетарная передача Структура представляет собой эффективную систему зубчатой передачи. Компактная структура, высокая плотность крутящего момента и высокая эффективность делают ее широко используемой в аксессуарах для гуманоидных роботов.

Преимущество：

1. Эффективность использования пространства: Планетарные редукторы подходят для суставов гуманоидных роботов, ограниченных в пространстве, таких как руки, ноги или ступни.
2. Точный контроль: Высокое передаточное отношение позволяет двигателю точно контролировать движение робота.
3. Экономическая эффективность: Планетарные редукторы относительно дешевы

2. Планетарный винт

Планетарный роликовый винт представляет собой высокоточный механический передаточный элемент, состоящий из винта (винтового вала), гайки и множества прецизионных роликов. При вращении винта ролики катятся по спиральной канавке винта, заставляя гайку перемещаться вдоль оси винта, тем самым преобразуя вращательное движение в поступательное.

Преимущество：

1. Точный контроль: Планетарные роликовые винты обеспечивают очень точное управление линейным движением
2. Высокая грузоподъемность: Планетарные роликовые винты выдерживают высокие нагрузки
3. Высокая жесткость и долговечность: Этот винт имеет высокую жесткость и хорошую прочность.
4. Плавное движение: Планетарные роликовые винты обеспечивают плавное движение, помогая снизить вибрацию и шум.

3. Гармонический механизм

Редуктор гармонический представляет собой высокоточный и высокоэффективный механизм редуктора. Редуктор гармонический в основном состоит из flexspline, а генератор волн и а круговой сплайн. Когда генератор волн вращается, он передает эллиптическую форму гибкому шлицу, вызывая деформацию гибкого шлица. Поскольку количество зубьев гибкого шлица и жесткого шлица различно, эта деформация заставляет гибкое шлице медленно вращаться относительно жесткого шлица, что приводит к замедлению.

Преимущество：

1. Высокая плотность крутящего момента: Они обеспечивают высокий крутящий момент при относительно небольших размерах.
2. Эффективность: Гармонический редуктор имеет высокую эффективность передачи и может эффективно преобразовывать энергию.
3. Низкий люфт: Практически полное отсутствие люфта, что имеет решающее значение для приложений, требующих высокой точности позиционирования и повторяемости.
4. Низкий уровень вибрации и шума: Гармонический редуктор работает плавно, с низким уровнем вибрации и шума.

Направление развития робота-редуктора

С развитием робототехники будущим направлением гуманоидных роботов должна стать коммерциализация. Для будущего развития гуманоидных роботов редуктор робота должен учитывать следующие ключевые факторы.

Характеристики НИОКР	Подробности
Производительность	Повышают точность и плотность крутящего момента, повышают долговечность и надежность.
Вес и пространство	Миниатюрная конструкция с использованием новых материалов для снижения веса и повышения производительности.
Модульный	Разрабатывайте стандартизированные и модульные компоненты редуктора для достижения междоменной совместимости.
Расходы	Снижение затрат за счет совершенствования проектирования, производственных процессов и крупномасштабного производства.