При разработването на роботи една основна технология е от решаващо значение: прилагането на лагери в областта на хуманоидните роботи. Като основен компонент на хуманоидните роботи, лагерите представляват приблизително 5,5% от стойността на основните компоненти. Различните видове лагери играят незаменима роля в различните части на робота.
Ⅰ Лагери в редуктори
Редукторът е основният механизъм за предаване на енергия в хуманоиден робот, сравним с човешка става. Прецизният редуктор е междинно устройство, свързващо източника на захранване и задвижващия механизъм. Неговата функция е да намали високата скорост на серво мотора, да усили първоначалния въртящ момент на серво мотора чрез съотношенията на предавка и да осигури задържане с висока твърдост и високо-прецизно позициониране. Хуманоидните роботи редуктори включват главно хармонични редуктори, RV редуктори и планетарни редуктори. Различните видове редуктори имат различни изисквания към лагерите:
1. RV редукторни лагери:
RV редукторите, известни също като ротационни векторни редуктори, включват преден{0}}етапен планетарен редуктор и заден-етапен циклоиден редуктор с въртящо се колело. Този метод на предаване е по-нататъшно развитие, базирано на класическата технология за планетарно предаване с щифт-махало. Той съчетава многобройни предимства, като компактен размер, леко тегло, широко предавателно отношение, дълъг експлоатационен живот, стабилна прецизна поддръжка, висока ефективност и плавно предаване.
Редукторът RV използва три типа лагери: тънкостенен ъглов контактен сачмен лагер за основния лагер (изходящ вал), тънкостенен-конусовиден ролков лагер за позициониране на ексцентричния вал и опора на основното тяло, цилиндрична ролка (иглена ролка) за опора на циклоидно зъбно колело, сепаратор и тънкостенен-дълбокостенен лагер жлебов сачмен лагер за опора на предавката.
2. Хармонични редукторни лагери
Въртящите се съединения на роботите използват предимно хармонични редуктори. Тяхната технология на производство се основава на хармонично предаване. Хармоничният редуктор е механична трансмисионна система, съставена от четири основни компонента: генератор на вълни (гъвкав лагер), кръстосани ролкови лагери (твърд лагер), гъвкаво зъбно колело с външен зъбен венец (гъвкаво колело) и твърдо зъбно колело (твърдо колело).
① Кръстосани ролкови лагери
Има различни серии кръстосани ролкови лагери за хармонични редуктори, способни да издържат много{0}}посочни натоварвания и предлагат висока прецизност и твърдост. Кръстосаните ролкови лагери, специално проектирани за хармонични редуктори, могат да бъдат разделени на две основни категории въз основа на тяхната среда на приложение: тези с разделен външен пръстен и тези с интегриран вътрешен пръстен. Търкалящите елементи на тези лагери са цилиндрични ролки, разположени под перпендикулярен ъгъл от 90 градуса във V-образна релса. Този дизайн позволява на лагера да издържа едновременно натоварвания от множество посоки, включително аксиални, радиални и моменти на преобръщане. Освен това тези лагери показват висока прецизност, висока твърдост и отлична композитна{7}}носеща способност, което ги прави незаменим компонент на хармоничните редуктори.
② Гъвкави лагери Гъвкавите лагери, специално проектирани за хармонични редуктори, се различават от традиционните лагери. Те са тънкостенни-сачмени лагери с по-тънък външен пръстен, което ги прави податливи на радиална деформация. Въпреки тънките си стени, те остават изключително гъвкави и използват високо-качествени материали, за да осигурят стабилна работа. Тези гъвкави лагери за хармонични редуктори притежават отлична товароносимост-на напрежение. Те ефективно издържат на редуващи се напрежения при огъване и въртящ момент, като запазват известна степен на гъвкавост при взаимодействието си с гърбиците, въпреки сравнително тънката си стена. Както вътрешният, така и външният пръстен, както и търкалящите елементи, са изработени от високо-качествена лагерна стомана с високо-въглероден хром и са оборудвани с вграден найлонов фиксатор, осигуряващ стабилна и ефективна работа на лагера в секцията на хармоничния генератор на хармоничния редуктор.
Хармоничните редуктори обикновено използват един кръстосан ролков лагер и един гъвкав лагер.
3. Планетен редуктор
Планетарният редуктор е най-ефективната структура за предаване на зъбни колела. Планетарният трансмисионен механизъм се състои главно от планетарни зъбни колела, планетен носач и слънчево зъбно колело. В прецизния планетарен редуктор първичен двигател, като например серво мотор, обикновено задвижва слънчевата предавка да се върти. Зацепването на слънчевото зъбно колело с планетарните зъбни колела задвижва планетарните зъбни колела да се въртят. Едновременно с това, тъй като другата страна на планетарното зъбно колело се зацепва с венец на вътрешната стена на корпуса на редуктора, планетарните зъбни колела, задвижвани от собственото си въртене, ще се търкалят върху венецът в същата посока като въртенето на слънчевото зъбно колело, образувайки „революционно“ движение около слънчевото зъбно колело. Разликата в броя на зъбите между слънчевото зъбно колело и зъбния венец постига целта за намаляване на скоростта.
Планетарният редуктор преобразува високо{0}}скоростното въртене на двигателя в ниска-скорост, висок-въртящ момент, подходящ за нуждите на трансмисията на не-високо-прецизни части на роботи, като долните крайници (напр. тазобедрени и коленни стави). Чрез задвижване на планетарните зъбни колела да се въртят и въртят през слънчевата предавка, мощността в крайна сметка се извежда от планетарния носач. Отличава се с проста структура, ниска цена и висока товароносимост-.
Като вземем за пример робота Tesla Optimus Gen-2, неговият планетарен редуктор използва сачмени лагери с дълбок канал и иглени ролкови лагери. Сачмените лагери с дълбок канал се използват, за да издържат на по-малки радиални и аксиални натоварвания, докато иглените лагери се използват, за да издържат на огромните радиални натоварвания, генерирани от планетарните зъбни колела, когато се въртят при високи скорости.
II. Други лагери в хуманоидни роботи
1. Линейни задвижващи механизми: четири-точкови контактни лагери
Лагерите с четири-точков контакт използват сачмени лагери, при които стоманените топки на сачмения лагер контактуват с вътрешния и външния пръстен в четири точки, постигайки състояние на дву{1}}точков контакт. Това им позволява да издържат на двупосочни аксиални натоварвания и определена част от радиални натоварвания. Композитният дизайн на вътрешния пръстен побира повече топки, увеличавайки товароносимостта-; разделената структура улеснява монтажа и е подходяща за -ограничени фуги. Ъгълът на контакт обикновено е 35 градуса или 45 градуса, с малък аксиален просвет, като по този начин осигурява високо ограничаване на скоростта и твърдост.
Четири{0}}контактните лагери обикновено се използват във въртящи се съединения и линейни задвижващи механизми, заедно с кръстосани ролкови лагери за постигане на високо-прецизно движение.
2. Само{1}}смазващи се шарнирни лагери: Само-смазващите се лагери постигат движение с ниско-триене чрез биметални композитни материали или твърди смазочни материали, с коефициент на триене едва 0,08, като същевременно притежават висока устойчивост на износване (експлоатационен живот над 10 000 часа). В хуманоидните роботи те се използват главно в съвместни модули, характеризиращи се с-операция без поддръжка, висок капацитет на натоварване и дълъг живот, отговарящи на изискванията за високо-честотни движения и точност на микронно-ниво. Например, само{12}}смазващите се плъзгащи лагери на Changsheng Bearing са приложени към съвместните модули на хуманоидните роботи на Unitree Robotics, постигайки степен на проникване от над 80%, което ги прави изключителен доставчик.
Други приложения на само{0}}смазващи се лагери в роботи:
Комплекти редукторни зъбни колела: Отговарят на изискванията за високо-прецизно предаване и осигуряват стабилност на движението.
Шарнирни връзки: Понасяне на тежки товари и високо{0}}скоростна работа, намаляваща консумацията на енергия.
Системи с винтови задвижвания: Адаптиране към прецизност на движение на микрон-ниво, подобряване на цялостната гъвкавост.
Резюме: В технологичната пирамида на хуманоидните роботи, лагерите, макар и малки, са решаващо ядро, свързващо горния и долния слой. Той не е просто физически съединител, но също така и средство за производителност, като важността му се проявява в три аспекта: **Крайъгълният камък на прецизността на движението:** Лагерите с висока-прецизност, висока-твърдост осигуряват плавността, точността и стабилността на всяко движение на робота. От микро-манипулирането на сръчни ръце до мощната опора на ставите на краката, дори и малките грешки в лагерите се усилват, като директно определят цялостната производителност на движение на робота.
**Гаранция за товароносим-капацитет и продължителност на живота:** Хуманоидните роботи трябва да издържат на сложни много{1}}измерни натоварвания в динамична среда. Специализирани сачмени лагери с ъглов контакт с тънки-стени, кръстосани ролкови лагери и други леки конструкции осигуряват превъзходни възможности против-преобръщане и устойчивост на умора, оформяйки крайъгълния камък на дългосрочната-и надеждна работа на робота.
**Ключ към енергийната ефективност и интеграция:** Лагерите с ниско-триене намаляват загубата на мощност, подобряват енергийната ефективност и индиректно удължават издръжливостта на робота. Едновременно с това, появата на компактни лагери (като сачмени лагери с четири-точков контакт) спестява ценно място в дизайна на шарнирите на роботите, позволявайки по-висока степен на интеграция.
