Při vývoji robotů je klíčová jedna základní technologie: aplikace ložisek v oblasti humanoidních robotů. Ložiska jakožto základní součást humanoidních robotů představují přibližně 5,5 % hodnoty hlavních součástí. Různé typy ložisek hrají nezastupitelnou roli v různých částech robota.
Ⅰ Ložiska v reduktorech
Reduktor je základní mechanismus přenosu energie v humanoidním robotu, srovnatelný s lidským kloubem. Přesný reduktor je mezilehlé zařízení spojující zdroj energie a pohon. Jeho funkcí je snížit vysoké otáčky servomotoru, zesílit původní točivý moment servomotoru prostřednictvím převodových převodových poměrů a zajistit vysokou tuhost držení a velmi-přesné polohování. Humanoidní robotické redukce zahrnují hlavně harmonické redukce, RV redukce a planetové redukce. Různé typy reduktorů mají různé požadavky na ložiska:
1. Ložiska reduktoru RV:
Reduktory pro obytné vozy, známé také jako rotační vektorové reduktory, zahrnují přední-reduktor planetového převodu a zadní-cykloidní větrníkový reduktor. Tento způsob přenosu je dalším vývojem založeným na klasické technologii kolíkového-kyvného planetového přenosu. Kombinuje řadu výhod, jako je kompaktní velikost, nízká hmotnost, široký převodový poměr, dlouhá životnost, stabilní přesnost údržby, vysoká účinnost a hladký převodový výkon.
Reduktor RV používá tři typy ložisek: tenkostěnné kuličkové ložisko s kosoúhlým stykem pro hlavní ložisko (výstupní hřídel), tenkostěnné kuželíkové ložisko pro excentrické uložení hřídele a podpěru hlavního tělesa, tenkostěnné kuželíkové ložisko pro excentrické uložení hřídele a podpěru hlavního tělesa, válcový válec (jehlový válec) pro cykloidní ozubení, sestavu klece a stěnové ložisko s hlubokou drážkou{{2}.
2. Ložiska harmonického reduktoru
Rotační klouby robotů využívají především harmonické redukce. Technologie jejich výroby je založena na harmonickém přenosu. Harmonický reduktor je mechanický převodový systém složený ze čtyř základních součástí: generátor vlny (flexibilní ložisko), zkřížená válečková ložiska (tuhé ložisko), ohebné ozubené kolo s vnějším ozubeným věncem (flexibilní kolo) a tuhé ozubené kolo (tuhé kolo).
① Křížová válečková ložiska
Existují různé řady zkřížených válečkových ložisek pro harmonické redukce, které jsou schopné odolávat vícesměrnému zatížení a nabízejí vysokou přesnost a tuhost. Zkřížená válečková ložiska speciálně navržená pro harmonické redukce lze rozdělit do dvou hlavních kategorií na základě jejich aplikačního prostředí: ložiska s děleným vnějším kroužkem a ložiska s integrovaným vnitřním kroužkem. Valivá tělesa těchto ložisek jsou válcové válečky uspořádané v kolmém úhlu 90 stupňů v oběžné dráze ve tvaru V-. Tato konstrukce umožňuje ložisku současně odolávat zatížení z více směrů, včetně axiálních, radiálních a klopných momentů. Kromě toho tato ložiska vykazují vysokou přesnost, vysokou tuhost a vynikající nosnost kompozitu-, díky čemuž jsou nepostradatelnou součástí harmonických reduktorů.
② Flexibilní ložiska Flexibilní ložiska speciálně navržená pro harmonické redukce se liší od tradičních ložisek. Jsou to tenkostěnná kuličková ložiska s tenčím vnějším kroužkem, díky čemuž jsou náchylná k radiální deformaci. Navzdory svým tenkým stěnám zůstávají vysoce flexibilní a využívají vysoce-kvalitní materiály, které zajišťují stabilní provoz. Tato flexibilní ložiska pro harmonické reduktory mají vynikající-únosnou kapacitu. Účinně odolávají střídavému namáhání ohybem a kroutícím momentem, přičemž si zachovávají určitý stupeň pružnosti v interakci s vačkami navzdory jejich relativně tenké stěně. Jak vnitřní, tak vnější kroužek, stejně jako valivá tělesa, jsou vyrobeny z vysoce-kvalitní vysoce-uhlíkové chromové ložiskové oceli a jsou vybaveny integrovaným nylonovým držákem, který zajišťuje stabilní a efektivní provoz ložiska v sekci harmonického generátoru harmonického reduktoru.
Harmonické redukce obvykle používají jedno křížové válečkové ložisko a jedno pružné ložisko.
3. Planetový převodový reduktor
Planetový reduktor je nejúčinnější převodová struktura. Planetový převodový mechanismus sestává hlavně z planetových kol, planetového unašeče a centrálního kola. V přesném planetovém reduktoru hlavní pohon, jako je servomotor, obvykle pohání centrální kolo do otáčení. Záběr centrálního kola s planetovými koly pohání planetová kola k otáčení. Současně, protože druhá strana planetového kola je v záběru s věncovým kolem na vnitřní stěně skříně reduktoru, planetová kola, poháněná vlastní rotací, se budou odvalovat na věnec ve stejném směru jako otáčení centrálního kola, čímž vytvoří "revoluční" pohyb kolem centrálního kola. Rozdíl v počtu zubů mezi centrálním kolem a ozubeným věncem dosahuje účelu snížení rychlosti.
Planetární reduktor převádí vysokorychlostní{0}}rotaci motoru na nízkou-rychlost a vysoký-točivý moment, vhodný pro přenosové potřeby ne-vysoko{4}}přesných částí robotů, jako jsou dolní končetiny (např. kyčelní a kolenní klouby). Poháněním planetových soukolí tak, aby se otáčely a otáčely přes centrální kolo, je výkon nakonec dodáván planetovým unašečem. Vyznačuje se jednoduchou konstrukcí, nízkou cenou a vysokou nosností-.
Vezmeme-li jako příklad robot Tesla Optimus Gen-2, jeho planetový reduktor používá kuličková ložiska s hlubokou drážkou a jehlová ložiska. Kuličková ložiska se používají k tomu, aby vydržela menší radiální a axiální zatížení, zatímco jehlová ložiska se používají k tomu, aby vydržela obrovské radiální zatížení generované planetovými koly, když se otáčejí vysokou rychlostí.
II. Další ložiska v humanoidních robotech
1. Lineární aktuátory: Čtyři-bodová kontaktní ložiska
Čtyřbodová kontaktní ložiska používají kuličková ložiska, kde se ocelové kuličky kuličkového ložiska dotýkají vnitřního a vnějšího kroužku ve čtyřech bodech, čímž je dosaženo stavu dvou-bodového kontaktu. To jim umožňuje odolat obousměrnému axiálnímu zatížení a určitému podílu radiálního zatížení. Kompozitní design vnitřního kroužku pojme více kuliček, čímž se zvyšuje nosnost-; dělená konstrukce usnadňuje instalaci a je vhodná pro spoje s omezeným prostorem-. Kontaktní úhel je typicky 35 stupňů nebo 45 stupňů s malou axiální vůlí, což poskytuje vysoké omezení rychlosti a tuhost.
Čtyřbodová kontaktní ložiska se běžně používají v rotačních kloubech a lineárních pohonech ve spojení se zkříženými válečkovými ložisky k dosažení vysoce přesného pohybu-.
2. Samomazná{1}}kloubová ložiska: Samomazná ložiska-dosahují malého-třecího pohybu prostřednictvím bimetalových kompozitních materiálů nebo pevných maziv s koeficientem tření 0,08 a zároveň mají vysokou odolnost proti opotřebení (životnost přesahující 10 000 hodin). V humanoidních robotech se používají hlavně v kloubových modulech, které se vyznačují-bezúdržbovým provozem, vysokou nosností a dlouhou životností a splňují požadavky na vysoko-frekvenční pohyby a mikronovou{10}}přesnost. Například samomazná kluzná ložiska Changsheng Bearing{12}}byla použita na kloubové moduly humanoidních robotů Unitree Robotics a dosáhla míry penetrace více než 80 %, což z nich činí výhradního dodavatele.
Další aplikace samomazných ložisek v robotech-:
Sady redukčních převodů: Splňují požadavky na vysoce{0}}přesný převod a zajišťují stabilitu pohybu.
Kloubové spoje: Nesou velké zatížení a-vysokorychlostní provoz, což snižuje spotřebu energie.
Systémy šroubového pohonu: Přizpůsobení přesnosti pohybu na úrovni mikronů{0}, zlepšení celkové flexibility.
Shrnutí: V technologické pyramidě humanoidních robotů jsou ložiska, i když malá, klíčovým jádrem spojujícím horní a spodní vrstvu. Nejde pouze o fyzický konektor, ale také o prostředek umožňující výkon, jehož význam se projevuje ve třech aspektech: **Základní kámen přesnosti pohybu:** Vysoce-přesná a vysoce{2}}tuhá ložiska zajišťují hladkost, přesnost a stabilitu každého pohybu robota. Od mikro-manipulace šikovných rukou až po výkonnou podporu kloubů nohou jsou zesíleny i drobné chyby v ložiskách, které přímo určují celkový pohybový výkon robota.
**Záruka nosnosti-a životnosti:** Humanoidní roboti musí odolávat složitému vícerozměrnému zatížení v dynamických prostředích. Specializovaná tenkostěnná-kuličková ložiska s kosoúhlým stykem, zkřížená válečková ložiska a další lehká provedení poskytují vynikající-schopnost proti převrácení a únavovou pevnost, což tvoří základní kámen dlouhodobého- spolehlivého provozu robota.
**Klíč k energetické účinnosti a integraci:** Ložiska s nízkým{0}}třením snižují ztráty energie, zlepšují energetickou účinnost a nepřímo prodlužují výdrž robota. Vznik kompaktních ložisek (jako jsou čtyřbodová kontaktní kuličková ložiska) zároveň šetří cenný prostor v konstrukci kloubu robota a umožňuje vyšší stupeň integrace.
