1. Строение и расположение суставов
(1) Распределение суставов человека
Поскольку первый робот Теслы реализовал 28 степеней свободы, что эквивалентно примерно 1/10 функции человеческого тела.
Эти 28 степеней свободы распределены в основном по верхней и нижней части тела. Верхняя часть тела включает плечи (6 степеней свободы), локти (4 степени свободы), запястья (2 степени свободы) и талию (2 степени свободы).
Нижняя часть тела включает в себя позвоночные суставы (2 степени свободы), бедра (2 степени свободы), колени (2 степени свободы), икры (2 степени свободы) и голеностопные суставы (2 степени свободы).
(2) Тип и прочность соединений
Эти 28 степеней свободы можно разделить на вращательные и линейные. Существует 14 вращательных суставов, которые делятся на три подкатегории в зависимости от вращательной силы. Наименьшая вращательная сила составляет 20 Нм, используемая в руке, 110 Нм, 9 Нм, используемая в талии, продолговатом мозге и плече, и т.д., 180 Нм, используемая в талии и тазобедренном суставе. Существует также 14 линейных суставов, различающихся по силе. Наименьшие линейные суставы имеют силу 500 Нм и используются в запястье; 3900 Нм используются в ноге; и 8000 Нм используются в бедре и колене.
(3) Структура сустава
В состав соединений входят двигатели, редукторы, датчики и подшипники.
Использование вращающихся соединениймоторыи гармонические редукторы,
и в будущем могут быть доступны более оптимизированные решения.
Линейные соединения используют двигатели и шариковые илишариковые винтыв качестве редукторов, наряду с датчиками.
2. Двигатели в суставах гуманоидных роботов
В сочленениях в основном используются серводвигатели, а не бескаркасные. Преимущество бескаркасных двигателей заключается в снижении веса и отсутствии дополнительных деталей для достижения большего крутящего момента. Энкодер – ключ к замкнутому контуру управления двигателем, однако точность энкодеров отечественного и зарубежного производства всё ещё различается. Датчики усилия должны точно определять усилие в конце движения, а датчики положения – точно определять положение робота в трёхмерном пространстве.
3. Применение редуктора в суставах гуманоидных роботов
Ранее в основном использовался волновой редуктор, состоящий из передачи между мягким и стальным колесами. Волновой редуктор эффективен, но дорог. В будущем, возможно, планетарные редукторы заменят волновые редукторы, поскольку планетарные редукторы относительно дешевы, но передаточное отношение относительно невелико. В зависимости от реального спроса, возможно, будет использоваться часть планетарного редуктора.
Конкуренция в сегменте шарнирных соединений гуманоидных роботов в основном сосредоточена на редукторах, двигателях и шарико-винтовых передачах. Что касается подшипников, различия между отечественными и зарубежными производителями заключаются главным образом в точности и сроке службы. Что касается редукторов, планетарный редуктор дешевле, но обеспечивает меньшее замедление, в то время как шарико-винтовые передачи ироликовый винтбольше подходят для пальцевых соединений. Что касается двигателей, отечественные предприятия обладают определённой конкурентоспособностью в области микродвигателей.
Время публикации: 19 мая 2025 г.
