Il motore articolare è un dispositivo di guida ad alta precisione e ad alta densità di energia che integra a riduttore, una codificatore, e un motore torque senza telaio.
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Casa Il disegno su misura Quali sono i componenti principali dei robot umanoidi (motori, riduttori)

# Quali sono i componenti principali dei robot umanoidi (motori, riduttori)

Jiming CaiDicembre 11, 2023

## Parte 1: Istruzioni (Che cosa sono i robot umanoidi)

Dall’inizio del 21° secolo, la tecnologia dei robot umanoidi ha fatto rapidi progressi. Questa ondata di sviluppo è stata catalizzata in particolare da Boston Dynamics, un'importante azienda americana di robotica, con il lancio del suo robot bipede Atlas l'11 luglio 2013. In seguito a questa pietra miliare, un numero crescente di aziende tecnologiche è entrato nell'arena della ricerca e della ricerca sui robot umanoidi. sviluppo, intensificando la competizione per l’innovazione.

### Boston Dynamics – Atlante

Boston Dynamics è un'azienda americana con una solida reputazione nel campo della robotica, nota per i suoi progetti di robot innovativi e ad alte prestazioni.

#### Caratteristiche:

caratteristicaDescrizioneAlta mobilitàAtlas è progettato come un robot multifunzionale in grado di correre, saltare e svolgere attività in ambienti complessi.Sistema di bilanciamento avanzatoHa ottime capacità di bilanciamento e rimane stabile anche su terreni sconnessi.Meccanica complessa del braccio e della manoConsentendo loro di eseguire delicati compiti di manipolazione.ScopoUtilizzato per il salvataggio, la gestione di compiti pericolosi (come il lavoro nelle centrali nucleari, ecc.).

Atlas si dimostra sorprendente manovrabilità e equilibrio →

### Tesla-Optimus

Optimus, noto anche come Tesla Bot, è un robot umanoide concettuale universale sviluppato da Tesla, Inc. Il suo scopo è "fare tutto ciò che gli umani non vogliono fare".

#### Caratteristiche:

caratteristicaDescrizioneCapacità di interazione socialeOptimus è progettato per l'interazione umana, con capacità di riconoscimento facciale ed elaborazione del linguaggio naturale.Abilità AIL'eccellente chip Tesla e la tecnologia di commutazione AIScopoCompagno, robot di serviziorobot ottimizzato

### Zhiyuan Robotics – ALZARE A1

"RAISE A1" è un robot umanoide sviluppato da Robot Zhiyuan e ha una forma umanoide completa. L’“intelligenza incarnata” nell’introduzione del prodotto rappresenta anche la combinazione di tecnologia di intelligenza artificiale ed entità robotiche.

#### Caratteristiche:

caratteristicaDescrizioneMetallo liquidoIl metallo liquido ha proprietà deformabili, elastiche e conduttive, consentendo la libera torsione e deformazione delle parti del corpo del robotInterazione uomo-macchinaLa tecnologia della “fusione multimodale” consente di comprendere meglio il linguaggio e il comportamento umanoScopoProduzione industriale e servizi domestici

### Tecnologia robotica

- Percezione ambientale: I moderni robot umanoidi sono dotati di sensori avanzati, come lidar, sensori a infrarossi e telecamere ad alta risoluzione, che consentono ai robot di percepire l'ambiente circostante in modo più accurato.
- Mobilità: Attraverso algoritmi dinamici avanzati e una sofisticata progettazione meccanica, la mobilità e la flessibilità dei moderni robot umanoidi sono state notevolmente migliorate.
- Capacità di apprendimento dell'IA: L’integrazione della tecnologia AI consente ai robot umanoidi di comprendere e rispondere meglio alle istruzioni umane e persino di eseguire processi decisionali complessi.
- Interazione uomo-robot: I robot umanoidi sono sempre più capaci di comunicare in modo naturale con gli esseri umani, compreso il riconoscimento vocale, il riconoscimento delle espressioni facciali e la complessa comunicazione non verbale.
- Energia: progressi nella tecnologia dei motori e delle batterie hanno migliorato l’efficienza energetica dei robot umanoidi e ne hanno aumentato l’autonomia.

## Parte 2: Il nucleo di potenza del motore robot umanoide

Parti di robot umanoidi

Nel design dei robot umanoidi, Moto lineare e Movimento di rotazione sono i due elementi fondamentali che costituiscono il movimento congiunto. La combinazione di questi due movimenti costituisce la maggior parte delle modalità di movimento dei robot umanoidi, tra cui afferrare, saltare, camminare, raddrizzarsi e piegarsi.

### Moto lineare

Definizione: Il movimento lineare è il movimento lungo un percorso rettilineo. Nella progettazione dei giunti robotici, il movimento lineare viene utilizzato principalmente per estendere, contrarre o spostare parti, come la spinta e la trazione di un braccio robotico.

Utilizzo: Nelle gambe di un robot umanoide, possono essere utilizzati attuatori lineari per simulare l'estensione e la flessione del ginocchio.

### Movimento di rotazione

Definizione: Il movimento rotatorio comporta la rotazione attorno ad un asse. Questa è la forma di movimento più comune per i giunti dei robot.

Utilizzo: Le articolazioni della spalla e del polso dei robot umanoidi solitamente hanno movimenti rotatori per imitare i movimenti corrispondenti degli esseri umani. Anche i giunti dei robot industriali utilizzano spesso il movimento rotatorio per ottenere un funzionamento flessibile multidirezionale.



## Che tipo di motore utilizzato nel robot?

Il motore è la fonte di alimentazione principale per il movimento articolare e lineare del robot. Quando si progetta la parte motorizzata di un giunto robotico, è necessario considerare diversi fattori specifici per garantire che i motori possano soddisfare le esigenze funzionali del robot. Ecco alcuni fattori chiave:

caratteristicaDescrizioneCoppiaIl movimento del robot richiede coppie di stallo e di avviamento elevateVelocitàLa gamma di velocità del motore deve essere controllabileControllo precisoI motori dei robot richiedono controllo e feedback precisi e i requisiti di precisione sono molto elevatiTagliaLo spazio di installazione del motore comune determina i suoi severi requisiti dimensionaliPesoI motori dei robot devono essere il più leggeri possibileTensioneI robot umanoidi sono alimentati da batterie al litio e la tensione generale è 12V-48V

### 1. Motore BLDC

Il motore BLDC è un tipo di motore ad alta efficienza e di lunga durata che utilizza il controllo elettromagnetico (anziché i tradizionali metodi meccanici) per controllare la potenza e la commutazione del motore.

#### Vantaggio:

1. Durata: I motori brushless hanno una durata molto lunga e una manutenzione ridotta
2. Precisione e controllo: La centralina elettronica controlla con precisione la velocità e la coppia del motore
3. Silenzioso: I motori brushless hanno un rumore di funzionamento molto basso e sono adatti per robot di servizio
4. Stabilità: La tecnologia dei motori brushless è matura, con molte opzioni e un design semplice

### 2. Motore di coppia senza telaio

Motore torque senza telaio è un motore con nessuna struttura a telaio e può essere guidato direttamente. Viene utilizzato principalmente per fornire una coppia elevata e il controllo preciso richiesti dai giunti del robot. Grazie alla sua elevata precisione, dimensioni ridotte e basso costo, è ampiamente utilizzato nei robot. Bracci robotici, aerospaziale, macchinari di precisione e altri campi.

Motore torque senza telaio

#### Vantaggio:

1. Elevata densità di coppia: I motori torque senza telaio sono in grado di fornire una coppia elevata a basse velocità.
2. Controllo ad alta precisione: A causa della mancanza di componenti di trasmissione meccanica aggiuntivi, i motori torque senza telaio possono fornire una maggiore precisione di controllo del movimento.
3. Dimensioni e peso: La struttura senza telaio consente al motore di essere integrato in modo più compatto nel design della macchina, risparmiando spazio e riducendo il peso.
4. Bassa inerzia: L'azionamento diretto elimina parti rotanti aggiuntive, riducendo così l'inerzia totale del sistema, rendendo possibili avviamenti e arresti rapidi.

### 3. Servomotore

La servomotore è appositamente progettato controllato a circuito chiuso motore brushless utilizzato principalmente per fornire controllo preciso realizzare movimento preciso.

#### Vantaggio:

1. Controllo a circuito chiuso: Il servomotore funziona in un sistema a circuito chiuso e il movimento effettivo del motore viene continuamente monitorato e confrontato con il movimento previsto per ottenere un controllo preciso.
2. Ingresso segnale: Il controller invia segnali di comando al motore, ordinandogli di spostarsi in una posizione specifica, muoversi a una velocità specifica o generare una coppia specifica.
3. Risposte: I dispositivi di feedback (encoder) forniscono informazioni sulla posizione effettiva e sulla velocità del motore

### 4. Motore BLDC outrunner

La motore BLDC outrunner è un motore DC brushless (BLDC) con una struttura speciale. La sua caratteristica principale è che il rotore (parte rotante) si trova all'esterno dello statore (parte stazionaria).

#### Vantaggio:

1. Coppia elevata in uscita: A causa del diametro maggiore del rotore, i motori a rotore esterno possono fornire una coppia maggiore.
2. Design piatto: I motori a rotore esterno sono adatti per l'uso in applicazioni in cui lo spazio è limitato.
3. Momento d'inerzia basso: I motori a rotore esterno hanno un momento di inerzia relativamente basso, che consente loro di accelerare e decelerare rapidamente.
4. Dissipazione di calore: Il design esterno del rotore aiuta a dissipare il calore in modo più efficace, migliorando l'efficienza e la durata del motore.

### 5. Motore del giunto robot

Il motore articolare è un dispositivo di guida ad alta precisione e ad alta densità di energia che integra a riduttore, una codificatore, e un motore torque senza telaio.

#### Vantaggio:

1. Controllo preciso: I motori articolari possono fornire un controllo dell'angolo e della velocità di alta precisione.
2. Design integrato: Il design del motore comune integra riduttore, motore e controllo in un unico modulo, riducendo notevolmente il peso e le dimensioni del motore.
3. Elevata densità di coppia: I motori articolari sono progettati per fornire una coppia elevata in un volume relativamente piccolo.

## Parte 3: Trasmissione di potenza del cambio robot umanoide

La struttura degli ingranaggi è un componente importante dei robot umanoidi, utilizzato principalmente per trasmettere e migliorare la potenza e le capacità di controllo dei giunti robot e delle parti mobili. La funzione principale del cambio è convertire l'uscita ad alta velocità e bassa coppia generata dal motore in uscita a bassa velocità e coppia elevata.

### Caratteristica del cambio:

- Aumento di coppia: Aumentare la coppia riducendo la velocità dell'albero di uscita
- Controllo preciso: Migliora la precisione del controllo dei giunti robot e delle parti mobili, contribuendo a ottenere movimenti più precisi.
- Efficienza: Ridurre il carico direttamente sull'albero motore, migliorando la durata e l'efficienza del motore.
- Spazio: I riduttori integrati consentono un design del robot più compatto, soprattutto nelle aree articolari dove lo spazio è limitato.

### 1. Ingranaggio planetario

La ingranaggio planetario la struttura è un efficiente sistema di trasmissione ad ingranaggi. La sua struttura compatta, l'elevata densità di coppia e l'elevata efficienza lo rendono ampiamente utilizzato negli accessori dei robot umanoidi.

#### Vantaggio:

1. Efficienza dello spazio: I riduttori planetari sono adatti per giunti di robot umanoidi con vincoli di spazio come braccia, gambe o piedi.
2. Controllo preciso: L’elevato rapporto di riduzione consente al motore di controllare con precisione il movimento del robot
3. Efficacia dei costi: I riduttori epicicloidali sono relativamente economici

Cambio planetario

### 2. Vite planetaria

Vite a rulli planetari è un elemento di trasmissione meccanica di alta precisione costituito da una vite (albero elicoidale), una chiocciola e più rulli di precisione. Quando la vite ruota, i rulli rotolano lungo la scanalatura a spirale della vite, facendo muovere la chiocciola lungo l'asse della vite, convertendo così il movimento rotatorio in movimento lineare.

#### Vantaggio:

1. Controllo preciso: Le viti a rulli planetari forniscono un controllo del movimento lineare molto preciso
2. Elevata capacità di carico: le viti a rulli satelliti possono sopportare carichi elevati
3. Elevata rigidità e durata: Questa vite ha un'elevata rigidità e una buona durata
4. Movimento fluido: Le viti a rulli planetari garantiscono un movimento fluido, contribuendo a ridurre vibrazioni e rumore.

Vite a rulli planetari

### 3. Ingranaggio armonico

Il riduttore armonico è un meccanismo di riduzione dell'ingranaggio ad alta precisione e ad alta efficienza. Il riduttore armonico è composto principalmente da a flexspline, una generatore di onde e spline circolare. Quando il generatore di onde ruota, trasferisce la forma ellittica al flexspline, provocandone la deformazione. Poiché il numero di denti del flexspline e della spline rigida è diverso, questa deformazione fa sì che il flexspline ruoti lentamente rispetto alla spline rigida, provocando una decelerazione.

#### Vantaggio:

1. Elevata densità di coppia: Forniscono una coppia elevata in dimensioni relativamente ridotte.
2. EFFICIENZA: Il riduttore armonico ha un'elevata efficienza di trasmissione e può convertire efficacemente l'energia.
3. Gioco basso: Praticamente nessun gioco, il che è fondamentale per le applicazioni che richiedono precisione di posizionamento ad alta ripetibilità.
4. Basse vibrazioni e rumore: Il riduttore armonico funziona senza intoppi con bassi livelli di vibrazioni e rumore.



### La direzione dello sviluppo di Robot Reducer

Con il progresso della tecnologia robotica, la direzione futura dei robot umanoidi deve essere la commercializzazione. Per il futuro sviluppo dei robot umanoidi, il riduttore del robot dovrebbe tenere conto dei seguenti fattori chiave.

Caratteristiche di ricerca e sviluppoDettagliPerformanceMigliora la precisione e la densità di coppia, migliora la durata e l'affidabilità.Peso e spazioDesign miniaturizzato, utilizzando nuovi materiali per ridurre il peso e migliorare le prestazioni.componibileSviluppare componenti di riduzione standardizzati e modulari per ottenere la compatibilità tra domini.CostoRidurre i costi migliorando la progettazione, i processi produttivi e la produzione su larga scala.

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