Στην ανάπτυξη των ρομπότ, μια βασική τεχνολογία είναι ζωτικής σημασίας: η εφαρμογή ρουλεμάν στον τομέα των ανθρωποειδών ρομπότ. Ως βασικό συστατικό των ανθρωποειδών ρομπότ, τα ρουλεμάν αντιπροσωπεύουν περίπου το 5,5% της αξίας των κύριων εξαρτημάτων. Διαφορετικοί τύποι ρουλεμάν παίζουν αναντικατάστατους ρόλους σε διάφορα μέρη του ρομπότ.
Ⅰ Ρουλεμάν σε μειωτήρες
Ο μειωτήρας είναι ο βασικός μηχανισμός μετάδοσης ισχύος σε ένα ανθρωποειδές ρομπότ, συγκρίσιμος με μια ανθρώπινη άρθρωση. Ένας μειωτήρας ακριβείας είναι μια ενδιάμεση συσκευή που συνδέει την πηγή ισχύος και τον ενεργοποιητή. Η λειτουργία του είναι να μειώνει την υψηλή ταχύτητα του σερβοκινητήρα, να ενισχύει την αρχική ροπή του σερβοκινητήρα μέσω των σχέσεων μείωσης μετάδοσης και να παρέχει υψηλή ακαμψία συγκράτησης και τοποθέτηση υψηλής ακρίβειας. Οι ανθρωποειδείς μειωτήρες ρομπότ περιλαμβάνουν κυρίως αρμονικούς μειωτήρες, μειωτήρες RV και πλανητικούς μειωτήρες. Διαφορετικοί τύποι μειωτήρων έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για ρουλεμάν:
1. Ρουλεμάν μειωτήρα RV:
Οι μειωτήρες RV, γνωστοί και ως περιστροφικοί ανυσματικοί μειωτήρες, περιλαμβάνουν έναν μειωτήρα μπροστινού-πλανητικού γραναζιού και έναν οπίσθιο-μειωτή κυκλοειδούς τροχού με κυκλοειδή τροχό. Αυτή η μέθοδος μετάδοσης είναι μια περαιτέρω εξέλιξη που βασίζεται στην κλασική τεχνολογία εκκρεμούς πλανητικής μετάδοσης με καρφίτσα-. Συνδυάζει πολλά πλεονεκτήματα, όπως συμπαγές μέγεθος, ελαφρύ, ευρεία σχέση μετάδοσης, μεγάλη διάρκεια ζωής, σταθερή συντήρηση ακριβείας, υψηλή απόδοση και ομαλή απόδοση μετάδοσης.
Ο μειωτήρας RV χρησιμοποιεί τρεις τύπους ρουλεμάν: ένα λεπτό-ρουλεμάν γωνιακής επαφής για το κύριο ρουλεμάν (άξονας εξόδου), ένα λεπτό-ρουλεμάν με κωνικό τοίχωμα για την έκκεντρη τοποθέτηση του άξονα και τη στήριξη του κύριου σώματος, έναν κυλινδρικό κύλινδρο (κύλινδρο βελόνας) για κυκλικό, κυκλικό και κυκλικό ρουλεμάν, Ένσφαιρο ρουλεμάν με λεπτούς τοιχώματος-με βαθιές αυλακώσεις για στήριξη του γραναζιού.
2. Αρμονικά ρουλεμάν μείωσης
Οι περιστροφικοί σύνδεσμοι των ρομπότ χρησιμοποιούν κυρίως αρμονικούς μειωτήρες. Η τεχνολογία κατασκευής τους βασίζεται στην αρμονική μετάδοση. Ένας αρμονικός μειωτήρας είναι ένα μηχανικό σύστημα μετάδοσης που αποτελείται από τέσσερα βασικά στοιχεία: μια γεννήτρια κυμάτων (εύκαμπτο ρουλεμάν), σταυρωτά ρουλεμάν (άκαμπτο ρουλεμάν), ένα εύκαμπτο γρανάζι με εξωτερικό δακτύλιο γραναζιών (εύκαμπτος τροχός) και ένα άκαμπτο γρανάζι (άκαμπτος τροχός).
① Σταυρωτά ρουλεμάν
Υπάρχουν διάφορες σειρές διασταυρωμένων ρουλεμάν κυλίνδρων για αρμονικούς μειωτήρες, ικανά να αντέχουν φορτία πολλαπλών- κατευθύνσεων και να προσφέρουν υψηλή ακρίβεια και ακαμψία. Τα διασταυρωμένα ρουλεμάν κυλίνδρων που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για αρμονικούς μειωτήρες μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες κατηγορίες με βάση το περιβάλλον εφαρμογής τους: σε αυτά με χωρισμένο εξωτερικό δακτύλιο και σε αυτά με ενσωματωμένο εσωτερικό δακτύλιο. Τα στοιχεία κύλισης αυτών των ρουλεμάν είναι κυλινδρικοί κύλινδροι διατεταγμένοι σε κάθετη γωνία 90 μοιρών σε ένα διάδρομο σε σχήμα V{4}}. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει στο ρουλεμάν να αντέχει ταυτόχρονα φορτία από πολλαπλές κατευθύνσεις, συμπεριλαμβανομένων αξονικών, ακτινικών και ανατρεπόμενων ροπών. Επιπλέον, αυτά τα ρουλεμάν επιδεικνύουν υψηλή ακρίβεια, υψηλή ακαμψία και εξαιρετική σύνθετη χωρητικότητα-φόρτισης, γεγονός που τα καθιστά απαραίτητο συστατικό των αρμονικών μειωτών.
② Εύκαμπτα ρουλεμάν Τα εύκαμπτα ρουλεμάν που έχουν σχεδιαστεί ειδικά για αρμονικούς μειωτήρες διαφέρουν από τα παραδοσιακά ρουλεμάν. Είναι ρουλεμάν με λεπτό{{1} τοίχωμα με λεπτότερο εξωτερικό δακτύλιο, που τα καθιστά επιρρεπή σε ακτινικές παραμορφώσεις. Παρά τα λεπτά τοιχώματά τους, παραμένουν εξαιρετικά εύκαμπτα και χρησιμοποιούν υλικά υψηλής-ποιότητας για να εξασφαλίσουν σταθερή λειτουργία. Αυτά τα εύκαμπτα ρουλεμάν για αρμονικούς μειωτήρες διαθέτουν εξαιρετική ικανότητα φόρτισης-. Αντέχουν αποτελεσματικά τις εναλλασσόμενες τάσεις κάμψης και ροπής, διατηρώντας έναν βαθμό ευελιξίας στην αλληλεπίδρασή τους με τα έκκεντρα παρά τη σχεδίαση του σχετικά λεπτού τοιχώματος. Τόσο ο εσωτερικός όσο και ο εξωτερικός δακτύλιος, καθώς και τα στοιχεία κύλισης, είναι κατασκευασμένα από χάλυβα υψηλής ποιότητας και υψηλής ποιότητας ανθρακούχου χρωμίου και είναι εξοπλισμένα με ενσωματωμένο νάιλον συγκράτησης, εξασφαλίζοντας σταθερή και αποτελεσματική λειτουργία του ρουλεμάν στο τμήμα της γεννήτριας αρμονικών του αρμονικού μειωτήρα.
Οι αρμονικοί μειωτήρες χρησιμοποιούν συνήθως ένα σταυρωτό ρουλεμάν κυλίνδρων και ένα εύκαμπτο ρουλεμάν.
3. Planetary Gear Reducer
Ο πλανητικός μειωτήρας ταχυτήτων είναι η πιο αποτελεσματική δομή μετάδοσης γραναζιών. Ένας μηχανισμός μετάδοσης πλανητικού γραναζιού αποτελείται κυρίως από πλανητικά γρανάζια, έναν φορέα πλανητών και έναν ηλιακό. Σε έναν πλανητικό μειωτήρα ακριβείας, ένας κύριος κινητήρας, όπως ένας σερβοκινητήρας, συνήθως οδηγεί το γρανάζι του ήλιου στην περιστροφή. Το πλέγμα του ηλιακού γραναζιού με τα πλανητικά γρανάζια οδηγεί τα πλανητικά γρανάζια να περιστρέφονται. Ταυτόχρονα, επειδή η άλλη πλευρά του πλανητικού γραναζιού δένει με ένα δακτυλιοειδές γρανάζι στο εσωτερικό τοίχωμα του περιβλήματος του μειωτήρα, τα πλανητικά γρανάζια, που κινούνται από τη δική τους περιστροφή, θα κυλήσουν στον δακτυλιοειδές γρανάζι στην ίδια κατεύθυνση με την περιστροφή του γραναζιού, σχηματίζοντας μια «επαναστατική» κίνηση γύρω από το γρανάζι. Η διαφορά στον αριθμό των δοντιών μεταξύ του γραναζιού ηλίου και του δακτυλιοειδούς γραναζιού επιτυγχάνει τον σκοπό μείωσης της ταχύτητας.
Ο πλανητικός μειωτήρας μετατρέπει την περιστροφή υψηλής-ταχύτητας του κινητήρα σε χαμηλή-ταχύτητα, υψηλή-απόδοση ροπής, κατάλληλη για τις ανάγκες μετάδοσης τμημάτων μη{3}}υψηλής-ακρίβειας ρομπότ, όπως τα κάτω άκρα (π.χ. αρθρώσεις ισχίου και γόνατος). Οδηγώντας τα πλανητικά γρανάζια να περιστρέφονται και να περιστρέφονται μέσω του ηλιακού γραναζιού, η ισχύς παράγεται τελικά από τον φορέα του πλανήτη. Διαθέτει απλή δομή, χαμηλό κόστος και υψηλή φέρουσα ικανότητα-.
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το ρομπότ Tesla Optimus Gen-2, ο πλανητικός μειωτής του χρησιμοποιεί ρουλεμάν με βαθιά αυλάκωση και ρουλεμάν με βελόνες. Τα ρουλεμάν βαθιάς αυλάκωσης χρησιμοποιούνται για να αντέχουν μικρότερα ακτινικά και αξονικά φορτία, ενώ τα ρουλεμάν με βελόνες χρησιμοποιούνται για να αντέχουν στα τεράστια ακτινικά φορτία που δημιουργούνται από τα πλανητικά γρανάζια όταν περιστρέφονται με υψηλές ταχύτητες.
II. Άλλα ρουλεμάν σε ανθρωποειδή ρομπότ
1. Γραμμικοί ενεργοποιητές: Τέσσερα-Ρουλεμάν επαφής σημείου
Τα τέσσερα{0}}ρουλεμάν επαφής σημείων χρησιμοποιούν ρουλεμάν όπου οι χαλύβδινες σφαίρες του ρουλεμάν έρχονται σε επαφή με τον εσωτερικό και τον εξωτερικό δακτύλιο σε τέσσερα σημεία, επιτυγχάνοντας μια κατάσταση επαφής δύο-σημείων. Αυτό τους επιτρέπει να αντέχουν αμφίδρομα αξονικά φορτία και ένα ορισμένο ποσοστό ακτινικών φορτίων. Ο σύνθετος σχεδιασμός του εσωτερικού δακτυλίου φιλοξενεί περισσότερες μπάλες, αυξάνοντας την ικανότητα φόρτωσης-. η διάσπαση δομή διευκολύνει την εγκατάσταση και είναι κατάλληλη για αρμούς περιορισμένου χώρου-. Η γωνία επαφής είναι συνήθως 35 μοίρες ή 45 μοίρες, με μικρό αξονικό διάκενο, παρέχοντας έτσι υψηλό περιορισμό ταχύτητας και ακαμψία.
Τα ρουλεμάν τεσσάρων{0}}σημείων επαφής χρησιμοποιούνται συνήθως σε περιστροφικούς συνδέσμους και γραμμικούς ενεργοποιητές, σε συνδυασμό με σταυρωτά ρουλεμάν κυλίνδρων για την επίτευξη υψηλής- κίνησης ακριβείας.
2. Ρουλεμάν αρμού-αυτολιπαντικών: Τα αυτο-λιπαντικά ρουλεμάν επιτυγχάνουν χαμηλή-κίνηση τριβής μέσω διμεταλλικών σύνθετων υλικών ή στερεών λιπαντικών, με συντελεστή τριβής έως 0,08, ενώ διαθέτουν επίσης υψηλή αντοχή στη φθορά (διάρκεια ζωής άνω των 10,0 ωρών). Στα ανθρωποειδή ρομπότ, χρησιμοποιούνται κυρίως σε ενότητες αρθρώσεων, με-ελεύθερη λειτουργία συντήρησης, υψηλή χωρητικότητα φορτίου και μεγάλη διάρκεια ζωής, ικανοποιώντας τις απαιτήσεις κινήσεων υψηλής-συχνότητας και ακρίβειας σε επίπεδο micron. Για παράδειγμα, τα αυτο-λιπαντικά ρουλεμάν της Changsheng Bearing{12}}έχουν εφαρμοστεί στις κοινές μονάδες των ανθρωποειδών ρομπότ της Unitree Robotics, επιτυγχάνοντας ποσοστό διείσδυσης άνω του 80%, καθιστώντας τα τον αποκλειστικό προμηθευτή.
Άλλες εφαρμογές αυτο-λιπαντικών ρουλεμάν σε ρομπότ:
Σετ μειωτήρα ταχυτήτων: Αντιστοιχούν στις απαιτήσεις μετάδοσης υψηλής-ακρίβειας και εξασφαλίζουν σταθερότητα στην κίνηση.
Συνδέσεις αρμών: Αντοχή βαρέων φορτίων και λειτουργία υψηλής-ταχύτητας, μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.
Συστήματα βιδωτών: Προσαρμογή σε ακρίβεια κίνησης σε επίπεδο micron-, βελτιώνοντας τη συνολική ευελιξία.
Περίληψη: Στην τεχνολογική πυραμίδα των ανθρωποειδών ρομπότ, τα ρουλεμάν, αν και μικρά, είναι ένας κρίσιμος πυρήνας που συνδέει το ανώτερο και το κάτω στρώμα. Δεν είναι απλώς ένας φυσικός σύνδεσμος, αλλά και ένας ενεργοποιητής απόδοσης, η σημασία του εκφράζεται σε τρεις πτυχές: **Ο ακρογωνιαίος λίθος της ακρίβειας κίνησης:** Τα ρουλεμάν υψηλής{1}}ακρίβειας, υψηλής-ακαμψίας διασφαλίζουν την ομαλότητα, την ακρίβεια και τη σταθερότητα κάθε κίνησης ρομπότ. Από τον μικρο-χειρισμό επιδέξιων χεριών μέχρι την ισχυρή υποστήριξη των αρθρώσεων των ποδιών, ενισχύονται ακόμη και ελάχιστα σφάλματα στα ρουλεμάν, καθορίζοντας άμεσα τη συνολική απόδοση κίνησης του ρομπότ.
**Εγγύηση φορτίου-φέρουσας ικανότητας και διάρκειας ζωής:** Τα ανθρωποειδή ρομπότ πρέπει να αντέχουν πολύπλοκα πολυδιάστατα φορτία σε δυναμικά περιβάλλοντα. Εξειδικευμένα ρουλεμάν γωνιακής επαφής με λεπτά τοιχώματα, ρουλεμάν σταυρωτού κυλίνδρου και άλλα ελαφριά σχέδια παρέχουν ανώτερες ικανότητες κατά-ανατροπής και αντοχή στην κόπωση, αποτελώντας τον ακρογωνιαίο λίθο της μακροπρόθεσμης- αξιόπιστης λειτουργίας του ρομπότ.
**Κλειδί για την ενεργειακή απόδοση και την ενσωμάτωση:** Τα ρουλεμάν χαμηλής-τριβής μειώνουν την απώλεια ισχύος, βελτιώνουν την ενεργειακή απόδοση και επεκτείνουν έμμεσα την αντοχή του ρομπότ. Ταυτόχρονα, η εμφάνιση συμπαγών ρουλεμάν (όπως ρουλεμάν τεσσάρων-σημείων επαφής) εξοικονομεί πολύτιμο χώρο στη σχεδίαση των αρμών ρομπότ, επιτρέποντας υψηλότερο βαθμό ολοκλήρωσης.
