U razvoju robota, jedna ključna tehnologija je ključna: primjena ležajeva u području humanoidnih robota. Kao temeljna komponenta humanoidnih robota, ležajevi čine približno 5,5% vrijednosti glavnih komponenti. Različiti tipovi ležajeva imaju nezamjenjivu ulogu u različitim dijelovima robota.
Ⅰ Ležajevi u reduktorima
Reduktor je temeljni mehanizam prijenosa snage u humanoidnom robotu, usporediv s ljudskim zglobom. Precizni reduktor je posredni uređaj koji povezuje izvor napajanja i aktuator. Njegova je funkcija smanjiti veliku brzinu servo motora, pojačati izvorni okretni moment servo motora kroz omjere redukcije prijenosa i pružiti visoku krutost držanja i visoko-precizno pozicioniranje. Humanoidni robotski reduktori uglavnom uključuju harmonijske reduktore, RV reduktore i planetarne reduktore. Različite vrste reduktora imaju različite zahtjeve za ležajeve:
1. Ležajevi reduktora RV:
RV reduktori, također poznati kao rotacijski vektorski reduktori, uključuju prednji-fazni reduktor planetarnog zupčanika i stražnji-fazni cikloidni reduktor s pinwheel-om. Ova metoda prijenosa je daljnji razvoj koji se temelji na klasičnoj tehnologiji planetarnog prijenosa s klin-njihalom. Kombinira brojne prednosti, poput kompaktne veličine, male težine, širokog prijenosnog omjera, dugog vijeka trajanja, stabilnog preciznog održavanja, visoke učinkovitosti i glatke izvedbe prijenosa.
RV reduktor koristi tri vrste ležajeva: kuglični ležaj s kutnim kontaktom tankih-zida za glavni ležaj (izlazna osovina), konusni valjkasti ležaj-tankih stijenki za pozicioniranje ekscentričnog vratila i potporu glavnog tijela, cilindrični valjak (igličasti valjak) za oslonac cikloidnog zupčanika, kavezni sklop i tanko{2}}zidan duboki ležaj kuglični ležaj s žljebom za oslonac zupčanika.
2. Harmonijski reduktorski ležajevi
Rotacijski zglobovi robota prvenstveno koriste reduktore harmonika. Njihova proizvodna tehnologija temelji se na prijenosu harmonika. Harmonijski reduktor je mehanički prijenosni sustav sastavljen od četiri osnovne komponente: generatora valova (savitljivi ležaj), ukrštenih kotrljajućih ležajeva (kruti ležaj), savitljivog zupčanika s vanjskim zupčanim prstenom (savitljivi kotač) i krutog zupčanika (kruti kotač).
① Križni valjkasti ležajevi
Postoje različite serije ukrštenih valjkastih ležajeva za harmonijske reduktore, koji mogu izdržati više-smjerna opterećenja i nude visoku preciznost i krutost. Križni valjkasti ležajevi posebno dizajnirani za harmonijske reduktore mogu se podijeliti u dvije glavne kategorije na temelju okruženja njihove primjene: oni s razdvojenim vanjskim prstenom i oni s integralnim unutarnjim prstenom. Kotrljajući elementi ovih ležajeva su cilindrični valjci raspoređeni pod okomitim kutom od 90 stupnjeva u trkaćoj stazi u obliku slova V. Ovaj dizajn omogućuje ležaju da istovremeno izdrži opterećenja iz više smjerova, uključujući aksijalne, radijalne i momente prevrtanja. Nadalje, ovi ležajevi pokazuju visoku preciznost, visoku krutost i izvrsnu nosivost-kompozitnog opterećenja, što ih čini nezamjenjivom komponentom reduktora harmonika.
② Fleksibilni ležajevi Fleksibilni ležajevi posebno dizajnirani za harmonijske reduktore razlikuju se od tradicionalnih ležajeva. To su kuglični ležajevi-tankih stijenki s tanjim vanjskim prstenom, što ih čini sklonima radijalnoj deformaciji. Unatoč svojim tankim stijenkama, ostaju vrlo fleksibilni i koriste visoko-kvalitetne materijale kako bi osigurali stabilan rad. Ovi fleksibilni ležajevi za harmonijske reduktore imaju izvrsnu nosivost-naprezanja. Učinkovito podnose izmjenična naprezanja savijanja i zakretnog momenta, zadržavajući određeni stupanj fleksibilnosti u interakciji s ekscentrima unatoč svojoj relativno tankoj konstrukciji stijenki. I unutarnji i vanjski prsten, kao i kotrljajući elementi, izrađeni su od visoko-kvalitetnog visoko-ugljičnog kromiranog čelika za ležajeve i opremljeni su integralnim najlonskim držačem, osiguravajući stabilan i učinkovit rad ležaja u odjeljku generatora harmonika harmonijskog reduktora.
Harmonijski reduktori obično koriste jedan križni valjkasti ležaj i jedan fleksibilni ležaj.
3. Reduktor planetarnog zupčanika
Planetarni reduktor je najučinkovitija struktura prijenosa zupčanika. Prijenosni mehanizam planetarnog zupčanika uglavnom se sastoji od planetarnih zupčanika, planetnog nosača i sunčanog zupčanika. U preciznom planetarnom reduktoru, primarni pogon kao što je servo motor obično pokreće sunčani zupčanik na rotaciju. Zahvat sunčanog zupčanika s planetnim zupčanicima pokreće planetarne zupčanike na rotaciju. Istovremeno, budući da druga strana planetarnog zupčanika zahvaća prstenasti zupčanik na unutarnjoj stijenci kućišta reduktora, planetarni zupčanici, pokretani vlastitom rotacijom, kotrljati će se na prstenastom zupčaniku u istom smjeru kao i rotacija sunčanog zupčanika, tvoreći "revolucionarno" gibanje oko sunčanog zupčanika. Razlika u broju zubaca između sunčanog i prstenastog zupčanika postiže svrhu smanjenja brzine.
Planetarni reduktor pretvara veliku-brzinu rotacije motora u nisku-brzinu, veliki-zakretni moment, prikladan za potrebe prijenosa ne-visoko-preciznih dijelova robota, kao što su donji udovi (npr. zglobovi kukova i koljena). Pokretanjem planetarnih zupčanika da se okreću i okreću kroz sunčani zupčanik, snagu u konačnici proizvodi planetni nosač. Ima jednostavnu strukturu, nisku cijenu i veliku nosivost-opterećenja.
Uzimajući za primjer robota Tesla Optimus Gen-2, njegov planetarni reduktor koristi kuglične ležajeve s dubokim žljebovima i igličaste kotrljajuće ležajeve. Kuglični ležajevi s dubokim utorima koriste se za izdržavanje manjih radijalnih i aksijalnih opterećenja, dok se igličasti ležajevi koriste za izdržavanje ogromnih radijalnih opterećenja koja stvaraju planetarni zupčanici kada se okreću velikim brzinama.
II. Ostali ležajevi u humanoidnim robotima
1. Linearni aktuatori: Ležajevi s četiri-točkastim kontaktom
Ležajevi s kontaktom u četiri-točke koriste kuglične ležajeve gdje čelične kuglice kugličnog ležaja dodiruju unutarnji i vanjski prsten u četiri točke, postižući kontakt s dvije-točke. To im omogućuje da izdrže dvosmjerna aksijalna opterećenja i određeni udio radijalnih opterećenja. Dizajn kompozitnog unutarnjeg prstena prima više loptica, povećavajući-nosivost opterećenja; podijeljena struktura olakšava ugradnju i prikladna je za-prostorno ograničene spojeve. Kontaktni kut je obično 35 stupnjeva ili 45 stupnjeva, s malim aksijalnim zazorom, čime se osigurava veliko ograničenje brzine i krutost.
Ležajevi s kontaktom u četiri-točke obično se koriste u rotacijskim zglobovima i linearnim aktuatorima, u kombinaciji s križnim valjkastim ležajevima za postizanje visoke{1}}preciznosti kretanja.
2. Samo{1}}samopodmazujući zglobni ležajevi: samo-samopodmazujući ležajevi postižu nisko-trenje kroz bimetalne kompozitne materijale ili čvrsta maziva, s koeficijentom trenja od samo 0,08, dok također posjeduju visoku otpornost na trošenje (životni vijek veći od 10 000 sati). Kod humanoidnih robota uglavnom se koriste u zglobnim modulima, a karakteriziraju rad-bez održavanja, visoku nosivost i dug životni vijek, ispunjavajući zahtjeve visoko-frekventnih pokreta i mikronske-preciznosti. Na primjer, klizni-samopodmazujući ležajevi tvrtke Changsheng Bearing primijenjeni su na zglobne module humanoidnih robota tvrtke Unitree Robotics, postižući stopu prodora od preko 80%, što ih čini ekskluzivnim dobavljačem.
Druge primjene-samopodmazujućih ležajeva u robotima:
Kompleti reduktora: Usklađivanje visoko-preciznih zahtjeva prijenosa i osiguravanje stabilnosti kretanja.
Zglobne veze: Noseći velika opterećenja i rad velikom-brzinom, smanjujući potrošnju energije.
Sustavi pogona vijaka: prilagođavanje preciznosti kretanja na razini mikrona-, poboljšavajući ukupnu fleksibilnost.
Sažetak: U tehnološkoj piramidi humanoidnih robota ležajevi su, iako mali, ključna jezgra koja povezuje gornji i donji sloj. To nije samo fizički konektor, već i pokretač performansi, a njegova se važnost očituje u tri aspekta: **Kamen temeljac preciznosti kretanja:** Visoko-precizni,-ležajevi krutosti osiguravaju glatkoću, točnost i stabilnost svakog kretanja robota. Od mikro-manipulacije spretnih ruku do snažne potpore zglobova nogu, čak i male pogreške u ležajevima se pojačavaju, izravno određujući ukupnu izvedbu kretanja robota.
**Jamstvo nosivosti-opterećenja i životnog vijeka:** Humanoidni roboti moraju izdržati složena više{1}}dimenzionalna opterećenja u dinamičnim okruženjima. Specijalizirani kuglični ležajevi s kutnim kontaktom tankih-stjenki, ležajevi s ukrštenim valjcima i drugi lagani dizajni pružaju vrhunske mogućnosti protiv-prevrtanja i otpornost na zamor, čineći kamen temeljac dugotrajnog-pouzdanog rada robota.
**Ključ za energetsku učinkovitost i integraciju:** Ležajevi s-niskim trenjem smanjuju gubitak snage, poboljšavaju energetsku učinkovitost i neizravno produljuju izdržljivost robota. Istodobno, pojava kompaktnih ležajeva (kao što su kuglični ležajevi s kontaktom u četiri-točke) štedi dragocjeni prostor u dizajnu zglobova robota, omogućujući viši stupanj integracije.
