Типы двигателей шарниров роботов: выбор модели, преимущества и недостатки

Двигатели суставов роботов можно классифицировать по способу привода на электрические, гидравлические, пневматические и некоторые менее распространённые методы привода, такие как приводы на сплавах с памятью формы, которые ещё не достигли массового производства.

Гидравлический привод используется всё реже из-за больших габаритов и риска утечки масла. Boston Dynamics применяла гидравлические системы в некоторых своих ранних роботах, однако новые гуманоидные роботы также перешли к системам электропривода. Пневматический привод также не получил широкого распространения из-за относительно сложного управления и в основном используется в системах, разработанных научно-исследовательскими учреждениями.

В этой статье я объясню, как выбрать двигатель сустава робота с электроприводом, и представлю основные типы, применяемые в настоящее время в роботизированных системах.

Модули суставов с электроприводом можно классифицировать по способу редукции на двигатели суставов роботов с волновым редуктором, двигатели суставов роботов с планетарным редуктором, двигатели суставов роботов с циклоидальным редуктором, двигатели суставов роботов с шарико-винтовой передачей и двигатели суставов роботов с прямым приводом.

1. Двигатель сустава робота с волновым редуктором

Двигатель сустава робота с волновым редуктором объединяет волновой редуктор в конструкции двигателя сустава, обеспечивая такие преимущества, как высокая точность, большое передаточное отношение, высокая плотность крутящего момента, компактная соосная конструкция и малый люфт.

Двигатели суставов роботов HONPINE с волновым редуктором также могут интегрироваться с двойными энкодерами, датчиками крутящего момента и другими компонентами, обеспечивая более безопасную, лёгкую и высокоинтегрированную конструкцию сустава.

Основным недостатком двигателя сустава робота с волновым редуктором является несколько более высокая стоимость по сравнению с двигателем сустава робота с планетарным редуктором. В применениях с высокими ударными нагрузками и частыми столкновениями необходимо тщательно учитывать пиковый крутящий момент и перегрузочную способность редуктора. Его КПД передачи также обычно ниже, чем у двигателя с прямым приводом.

2. Двигатель сустава робота с планетарным редуктором

Двигатель сустава робота с планетарным редуктором обычно имеет несколько более низкую стоимость, чем двигатель сустава робота с волновым редуктором. Он обеспечивает высокий КПД передачи и высокую ударостойкость и широко применяется в промышленных роботах, роботах для тяжёлых нагрузок, AGV/AMR, мобильных роботах, строительных роботах и других суставах, требующих высокой эффективности и грузоподъёмности.

Двигатели суставов роботов с планетарным редуктором также могут охватывать относительно широкий диапазон передаточных отношений и требований к крутящему моменту.

Недостатком является то, что планетарные редукторы обычно имеют определённый люфт. Поэтому они могут не подходить для применений, требующих чрезвычайно высокой точности позиционирования и очень малого люфта.

3. Двигатель сустава робота с циклоидальным редуктором

Главным преимуществом двигателя сустава робота с циклоидальным редуктором является его превосходная ударостойкость. Он также отличается высокой жёсткостью конструкции, при этом выходная сторона может выдерживать относительно большие радиальные и осевые нагрузки.

Двигатели суставов роботов с циклоидальным редуктором широко используются в роботах для тяжёлых нагрузок, промышленных роботах, строительной технике, тяжёлых роботизированных манипуляторах и других роботизированных применениях, требующих высокой ударостойкости.

Недостатком является то, что по сравнению с решениями на основе волновых и планетарных редукторов двигатели суставов роботов с циклоидальным редуктором в настоящее время реже используются в гуманоидных роботах. Для более полного соответствия требованиям применений гуманоидных роботов всё ещё требуется дальнейшая оптимизация материалов и механических конструкций.

Кроме того, технология изготовления и требования к точности обработки циклоидальных редукторов могут приводить к относительно высокой себестоимости производства.

4. Двигатель сустава робота с шарико-винтовой передачей

Двигатель сустава робота с шарико-винтовой передачей, также известный как линейный модуль сустава, представляет собой решение, способное одновременно удовлетворять четырём важным требованиям: компактным габаритам, высокому усилию на выходе, высокой точности и длительному сроку службы.

Он особенно ценен в роботизированных механизмах, требующих высокого усилия тяги, таких как ноги роботов и коленные суставы.

Недостатком является относительно сложная механическая конструкция, что затрудняет общую разработку. Кроме того, стоимость данного типа модуля сустава относительно высока.

5. Двигатель сустава робота с прямым приводом

Двигатель сустава робота с прямым приводом не содержит редуктора внутри двигателя. Поэтому в нём отсутствует люфт, создаваемый механизмом редукции. Он обеспечивает быстрый отклик при реверсивном движении и высокую механическую эффективность.

Двигатели суставов роботов с прямым приводом подходят для высокоскоростных динамических роботов, коллаборативных роботов, роботов с силовым управлением, подвесов, прецизионных поворотных платформ и низкоскоростных суставов с высокой скоростью отклика.

К недостаткам относятся обычно большие габариты и масса двигателя, а также то, что теплоотвод может быть серьёзной проблемой. Общая стоимость также относительно высока.

Заключение

С развитием технологии двигателей суставов роботов классификация двигателей суставов становится всё более разнообразной. На рынке также появились некоторые полузакрытые модули суставов, а также миниатюрные модули суставов, разработанные для роботизированных рук и других компактных механизмов. Однако некоторые из этих технологий всё ещё относительно незрелые и пока не достигли широкого массового производства.

При выборе двигателя сустава робота важно выбирать наиболее подходящее решение в соответствии с конкретным применением, а не просто наиболее передовую или наиболее дорогостоящую технологию.

Если у вас есть вопросы по выбору двигателя сустава робота, свяжитесь с HONPINE. Наша техническая команда может помочь вам выбрать подходящее решение для двигателя сустава в соответствии с требованиями вашего применения.