I utviklingen av roboter er én kjerneteknologi avgjørende: bruken av lagre i det humanoide robotfeltet. Som en kjernekomponent i humanoide roboter utgjør lagrene omtrent 5,5 % av verdien av hovedkomponentene. Ulike typer lagre spiller uerstattelige roller i ulike deler av roboten.
Ⅰ Lagre i reduksjoner
Reduseringen er kjernekraftoverføringsmekanismen i en humanoid robot, sammenlignbar med et menneskelig ledd. En presisjonsreduksjon er en mellomenhet som kobler sammen strømkilden og aktuatoren. Dens funksjon er å redusere den høye hastigheten til servomotoren, forsterke det opprinnelige dreiemomentet til servomotoren gjennom girreduksjonsforhold, og gi høy stivhet og høy-presisjonsposisjonering. Humanoid-robotreduksjonsmidler inkluderer hovedsakelig harmoniske reduksjonsmidler, RV-redusere og planetreduksjoner. Ulike typer reduksjonsmidler har forskjellige krav til lagre:
1. RV-reduksjonslagere:
RV-reduksjoner, også kjent som roterende vektorreduksjoner, inkluderer en-planetgirredusering foran og en-trinns syklooidal reduksjonshjul bak. Denne overføringsmetoden er en videreutvikling basert på den klassiske pendelplanettransmisjonsteknologien-. Den kombinerer en rekke fordeler, som kompakt størrelse, lett vekt, bredt utvekslingsforhold, lang levetid, stabilt presisjonsvedlikehold, høy effektivitet og jevn girytelse.
RV-reduseringen bruker tre typer lagre: et tynn-vegget vinkelkontaktkulelager for hovedlageret (utgående aksel), et tynn-vegget konisk rullelager for eksentrisk akselposisjonering og hovedkroppsstøtte, en sylindrisk rulle (nålrulle-gir) for en sykloid- og cageal-enhet. tynne-veggede dypsporkulelager for girstøtte.
2. Harmoniske reduksjonslagre
De roterende leddene til roboter bruker primært harmoniske reduksjonsmidler. Deres produksjonsteknologi er basert på harmonisk overføring. En harmonisk redusering er et mekanisk overføringssystem som består av fire grunnleggende komponenter: en bølgegenerator (fleksibelt lager), kryssede rullelager (stivt lager), et fleksibelt gir med en ekstern girring (fleksibelt hjul) og et stivt gir (stivt hjul).
① Kryssede rullelager
Det finnes ulike serier med krysslagre for harmoniske reduksjonsgir, som tåler belastninger i flere-retninger, og som tilbyr høy presisjon og stivhet. Kryssrullelagre spesielt designet for harmoniske reduksjonsmidler kan deles inn i to hovedkategorier basert på bruksmiljøet: de med en delt ytre ring og de med en integrert indre ring. De rullende elementene til disse lagrene er sylindriske ruller arrangert i en 90 graders vinkelrett vinkel i en V--formet bane. Denne utformingen gjør at lageret kan tåle belastninger fra flere retninger, inkludert aksiale, radielle og veltende momenter. Videre viser disse lagrene høy presisjon, høy stivhet og utmerket komposittlast-bærekapasitet, noe som gjør dem til en uunnværlig komponent i harmoniske reduksjonsmidler.
② Fleksible lagre Fleksible lagre som er spesielt designet for harmoniske reduksjoner skiller seg fra tradisjonelle lagre. De er tynne-veggede kulelagre med en tynnere ytre ring, noe som gjør dem utsatt for radiell deformasjon. Til tross for sine tynne vegger, forblir de svært fleksible og bruker materialer av høy-kvalitet for å sikre stabil drift. Disse fleksible lagrene for harmoniske reduksjonsmidler har utmerket spennings-bærekapasitet. De tåler effektivt vekslende bøye- og dreiemomentpåkjenninger, og opprettholder en grad av fleksibilitet i samspillet med cams til tross for deres relativt tynne veggdesign. Både de indre og ytre ringene, så vel som de rullende elementene, er laget av høy-kvalitets-karbonkromlagerstål og er utstyrt med en integrert nylonholder, som sikrer stabil og effektiv drift av lageret i den harmoniske generatordelen av den harmoniske reduksjonsanordningen.
Harmoniske reduksjonsmidler bruker vanligvis ett krysset rullelager og ett fleksibelt lager.
3. Planetary Gear Reducer
Planetgirreduksjonen er den mest effektive giroverføringsstrukturen. En planetgiroverføringsmekanisme består hovedsakelig av planetgir, en planetbærer og et solhjul. I en presisjon planetarisk redusering driver en drivkraft som en servomotor typisk solhjulet til å rotere. Sammenkoblingen av solhjulet med planethjulene driver planethjulene til å rotere. Samtidig, fordi den andre siden av planetgiret griper inn i et ringhjul på innsiden av reduksjonshuset, vil planethjulene, drevet av sin egen rotasjon, rulle på ringgiret i samme retning som solhjulets rotasjon, og danner en "revolusjonær" bevegelse rundt solhjulet. Forskjellen i antall tenner mellom solhjulet og ringgiret oppnår hastighetsreduksjonsformålet.
Den planetariske reduksjonen konverterer motorens høye-hastighetsrotasjon til lav-hastighet, høy-momentutgang, egnet for overføringsbehovene til ikke-høy-deler av roboter, slik som underekstremitetene (f.eks. hofte- og kneledd). Ved å drive planethjulene til å rotere og rotere gjennom solhjulet, blir kraften til slutt levert av planetbæreren. Den har enkel struktur, lav pris og høy -bærekapasitet.
For å ta Tesla Optimus Gen-2-roboten som et eksempel, bruker planetreduksjonsmotoren dype sporkulelager og nålrullelager. Dype sporkulelagre brukes til å motstå mindre radielle og aksiale belastninger, mens nålrullelagre brukes til å motstå de enorme radielle belastningene som genereres av planetgirene når de roterer med høy hastighet.
II. Andre lagre i Humanoid-roboter
1. Lineære aktuatorer: Fire-punktkontaktlager
Fire-kontaktlagre bruker kulelager der stålkulene i kulelageret kommer i kontakt med de indre og ytre ringene på fire punkter, og oppnår en to-kontakttilstand. Dette gjør at de tåler toveis aksiale belastninger og en viss andel av radielle belastninger. Den sammensatte indre ringdesignen rommer flere kuler, noe som øker belastnings-bærekapasiteten; den delte strukturen letter installasjonen og er egnet for plass-skjøter. Kontaktvinkelen er vanligvis 35 grader eller 45 grader, med liten aksial klaring, noe som gir høy hastighetsbegrensning og stivhet.
Fire-kontaktlagre brukes ofte i roterende ledd og lineære aktuatorer, sammen med krysslagre for å oppnå høy-presisjonsbevegelse.
2. Selv-smørende leddlager: Selv-smørende lagre oppnår lav-friksjonsbevegelse gjennom bimetalliske komposittmaterialer eller faste smøremidler, med en friksjonskoeffisient så lav som 0,08, samtidig som de har høy slitestyrke (levetid over 10 000 timer). I humanoide roboter brukes de hovedsakelig i leddmoduler, med vedlikeholds-fri drift, høy lastekapasitet og lang levetid, og oppfyller kravene til høy-bevegelser og mikron{10}nivåpresisjon. Changsheng Bearings selvsmørende glidelagre har for eksempel blitt brukt på leddmodulene til Unitree Robotics' humanoide roboter, og har oppnådd en penetrasjonsrate på over 80 %, noe som gjør dem til den eksklusive leverandøren.
Andre bruksområder for selv-smørende lagre i roboter:
Reduksjonsgirsett: Matcher høy-transmisjonskrav og sikrer bevegelsesstabilitet.
Leddforbindelser: Tåler tung belastning og høy-hastighetsdrift, reduserer energiforbruket.
Skruedriftsystemer: Tilpasning til mikron-bevegelsespresisjon på nivå, og forbedrer den generelle fleksibiliteten.
Sammendrag: I den teknologiske pyramiden til humanoide roboter er lagrene, selv om de er små, en avgjørende kjerne som forbinder de øvre og nedre lagene. Det er ikke bare en fysisk kobling, men også en ytelsesmuliggjører, dens betydning manifesterer seg i tre aspekter: **Hjørnesteinen i bevegelsespresisjon:** Høy-presisjon, høy-stivhet, sikrer jevnheten, nøyaktigheten og stabiliteten til hver robotbevegelse. Fra mikro-manipulasjon av fingerferdige hender til den kraftige støtten av beinledd, selv små feil i lagrene forsterkes, noe som direkte bestemmer robotens generelle bevegelsesytelse.
**Garanti for belastnings-bærekapasitet og levetid:** Humanoide roboter må tåle komplekse flerdimensjonale belastninger i dynamiske miljøer. Spesialiserte tynne-veggede vinkelkontaktkulelager, kryssede rullelager og andre lette design gir overlegne anti-velteegenskaper og utmattelsesstyrke, og danner hjørnesteinen i robotens langsiktige-pålitelige drift.
**Nøkkel til energieffektivitet og integrering:** Lav-friksjonslagre reduserer krafttapet, forbedrer energieffektiviteten og forlenger indirekte robotens utholdenhet. Samtidig sparer fremveksten av kompakte lagre (som fire-kontaktkulelagre) verdifull plass i robotledddesign, noe som muliggjør en høyere grad av integrering.
