No desenvolvimento de robôs, uma tecnologia central é crucial: a aplicação de rolamentos no campo de robôs humanóides. Como componente central dos robôs humanóides, os rolamentos representam aproximadamente 5,5% do valor dos componentes principais. Diferentes tipos de rolamentos desempenham papéis insubstituíveis em diversas partes do robô.
Ⅰ Rolamentos em Redutores
O redutor é o principal mecanismo de transmissão de energia em um robô humanóide, comparável a uma articulação humana. Um redutor de precisão é um dispositivo intermediário que conecta a fonte de energia e o atuador. Sua função é reduzir a alta velocidade do servo motor, amplificar o torque original do servo motor por meio de taxas de redução de engrenagem e fornecer alta rigidez e posicionamento de alta-precisão. Os redutores de robôs humanóides incluem principalmente redutores harmônicos, redutores RV e redutores planetários. Diferentes tipos de redutores têm requisitos diferentes para rolamentos:
1. Rolamentos redutores de RV:
Os redutores RV, também conhecidos como redutores de vetor rotativo, incluem um redutor de engrenagem planetária de estágio-frontal e um redutor de cata-vento cicloidal-de estágio traseiro. Este método de transmissão é um desenvolvimento adicional baseado na clássica tecnologia de transmissão planetária de pêndulo de pino. Ele combina inúmeras vantagens, como tamanho compacto, leve, ampla relação de transmissão, longa vida útil, manutenção de precisão estável, alta eficiência e desempenho de transmissão suave.
O redutor RV usa três tipos de rolamento: um rolamento de esferas de contato angular de parede-fina para o rolamento principal (eixo de saída), um rolamento de rolos cônicos de parede-fina para posicionamento do eixo excêntrico e suporte do corpo principal, um rolo cilíndrico (rolo de agulha) para suporte de engrenagem cicloidal, um conjunto de gaiola e um rolamento rígido de esferas de parede-fina para suporte de engrenagem.
2. Rolamentos Redutores Harmônicos
As juntas rotativas dos robôs utilizam principalmente redutores harmônicos. Sua tecnologia de fabricação é baseada na transmissão harmônica. Um redutor harmônico é um sistema de transmissão mecânica composto por quatro componentes básicos: um gerador de ondas (rolamento flexível), rolamentos de rolos cruzados (rolamento rígido), uma engrenagem flexível com anel de engrenagem externo (roda flexível) e uma engrenagem rígida (roda rígida).
① Rolamentos de rolos cruzados
Existem diversas séries de rolamentos de rolos cruzados para redutores de harmônicas, capazes de suportar cargas multi{0}direcionais e oferecer alta precisão e rigidez. Os rolamentos de rolos cruzados projetados especificamente para redutores de harmônicas podem ser divididos em duas categorias principais com base no ambiente de aplicação: aqueles com anel externo dividido e aqueles com anel interno integral. Os elementos rolantes desses rolamentos são rolos cilíndricos dispostos em um ângulo perpendicular de 90 graus em uma pista em forma de V-. Este projeto permite que o rolamento suporte simultaneamente cargas de múltiplas direções, incluindo momentos axiais, radiais e de tombamento. Além disso, esses rolamentos apresentam alta precisão, alta rigidez e excelente capacidade de carga composta-, tornando-os um componente indispensável de redutores harmônicos.
② Rolamentos flexíveis Os rolamentos flexíveis projetados especificamente para redutores harmônicos diferem dos rolamentos tradicionais. Eles são rolamentos de esferas-de paredes finas com um anel externo mais fino, o que os torna propensos à deformação radial. Apesar de suas paredes finas, eles permanecem altamente flexíveis e utilizam materiais de alta-qualidade para garantir uma operação estável. Esses rolamentos flexíveis para redutores harmônicos possuem excelente capacidade de suporte-de tensão. Eles suportam efetivamente tensões alternadas de flexão e torque, mantendo um grau de flexibilidade em sua interação com cames, apesar de seu design de parede relativamente fina. Os anéis interno e externo, bem como os elementos rolantes, são feitos de aço para rolamentos de cromo-carbono de alta-qualidade-e são equipados com um retentor de náilon integral, garantindo uma operação estável e eficiente do rolamento na seção do gerador de harmônicos do redutor de harmônicos.
Os redutores harmônicos normalmente usam um rolamento de rolos cruzados e um rolamento flexível.
3. Redutor de engrenagem planetária
O redutor planetário é a estrutura de transmissão de engrenagens mais eficiente. Um mecanismo de transmissão de engrenagem planetária consiste principalmente em engrenagens planetárias, um suporte planetário e uma engrenagem solar. Em um redutor planetário de precisão, um motor principal, como um servo motor, normalmente aciona a rotação da engrenagem solar. O engrenamento da engrenagem solar com as engrenagens planetárias faz com que as engrenagens planetárias girem. Simultaneamente, como o outro lado da engrenagem planetária engrena com uma coroa na parede interna da carcaça do redutor, as engrenagens planetárias, acionadas por sua própria rotação, rolarão na coroa na mesma direção da rotação da engrenagem solar, formando um movimento "revolucionário" em torno da engrenagem solar. A diferença no número de dentes entre a engrenagem solar e a coroa atinge o objetivo de redução de velocidade.
O redutor planetário converte a rotação de alta-velocidade do motor em saída de baixa-velocidade e alto-torque, adequada para as necessidades de transmissão de peças de robôs que não sejam de{3}}alta{4}}precisão, como os membros inferiores (por exemplo, articulações do quadril e joelho). Ao fazer com que as engrenagens planetárias girem e girem através da engrenagem solar, a energia é, em última análise, produzida pelo transportador planetário. Possui estrutura simples, baixo custo e alta capacidade de carga-.
Tomando como exemplo o robô Tesla Optimus Gen-2, seu redutor planetário utiliza rolamentos rígidos de esferas e rolamentos de rolos de agulhas. Os rolamentos rígidos de esferas são usados para suportar cargas radiais e axiais menores, enquanto os rolamentos de rolos de agulhas são usados para suportar as enormes cargas radiais geradas pelas engrenagens planetárias quando elas giram em altas velocidades.
II. Outros rolamentos em robôs humanóides
1. Atuadores lineares: rolamentos de contato de quatro pontos-
Rolamentos de contato de quatro{0}}pontos usam rolamentos de esferas onde as esferas de aço do rolamento de esferas entram em contato com os anéis interno e externo em quatro pontos, alcançando um estado de contato de-dois pontos. Isto lhes permite suportar cargas axiais bidirecionais e uma certa proporção de cargas radiais. O design do anel interno composto acomoda mais esferas, aumentando a capacidade de carga-; a estrutura dividida facilita a instalação e é adequada para juntas-com espaço limitado. O ângulo de contato é normalmente de 35 graus ou 45 graus, com pequena folga axial, proporcionando assim alta limitação de velocidade e rigidez.
Rolamentos de contato de quatro{0}}pontos são comumente usados em juntas rotativas e atuadores lineares, em conjunto com rolamentos de rolos cruzados para obter movimentos de alta-precisão.
2. Rolamentos de junta auto-lubrificantes: os rolamentos auto{2}}lubrificantes alcançam baixo-movimento de atrito através de materiais compósitos bimetálicos ou lubrificantes sólidos, com um coeficiente de atrito tão baixo quanto 0,08, ao mesmo tempo que possuem alta resistência ao desgaste (vida útil superior a 10.000 horas). Em robôs humanóides, eles são usados principalmente em módulos conjuntos, apresentando operação{8}}livre de manutenção, alta capacidade de carga e longa vida útil, atendendo aos requisitos de movimentos de alta-frequência e precisão de nível-mícron. Por exemplo, os rolamentos deslizantes auto{12}lubrificantes da Changsheng Bearing foram aplicados aos módulos conjuntos dos robôs humanóides da Unitree Robotics, alcançando uma taxa de penetração de mais de 80%, tornando-os o fornecedor exclusivo.
Outras aplicações de rolamentos auto{0}lubrificantes em robôs:
Conjuntos de engrenagens redutoras: atendem aos requisitos de transmissão de alta-precisão e garantem estabilidade de movimento.
Articulações conjuntas: suportam cargas pesadas e operação em alta-velocidade, reduzindo o consumo de energia.
Sistemas de acionamento por parafuso: adaptam-se à precisão de movimento-de nível micrométrico, melhorando a flexibilidade geral.
Resumo: Na pirâmide tecnológica dos robôs humanóides, os rolamentos, embora pequenos, são um núcleo crucial que conecta as camadas superiores e inferiores. Ele não é apenas um conector físico, mas também um facilitador de desempenho, e sua importância se manifesta em três aspectos: **A pedra angular da precisão do movimento:** Rolamentos de alta-precisão e alta{2}}rigidez garantem suavidade, exatidão e estabilidade de cada movimento do robô. Desde a micro-manipulação de mãos hábeis até o poderoso suporte das articulações das pernas, até mesmo pequenos erros nos rolamentos são amplificados, determinando diretamente o desempenho geral do movimento do robô.
**Garantia de capacidade-de carga e vida útil:** robôs humanóides precisam suportar cargas multi{1}}dimensionais complexas em ambientes dinâmicos. Rolamentos de esferas de contato angular com paredes-finas especializados, rolamentos de rolos cruzados e outros designs leves fornecem recursos anti{4}}tombamento e resistência à fadiga superiores, formando a base da operação confiável-de longo prazo do robô.
**Chave para eficiência energética e integração:** Rolamentos de baixo-fricção reduzem a perda de energia, melhoram a eficiência energética e aumentam indiretamente a resistência do robô. Simultaneamente, o surgimento de rolamentos compactos (como rolamentos de esferas de contato de quatro{2}}pontos) economiza espaço valioso no projeto de juntas de robôs, permitindo um maior grau de integração.
