Ta članek raziskuje zasnovo, optimizacijo delovanja in uporabo motorjev z gonilniki brez jedra v spretnih rokah humanoidnih robotov.

Motorji z reduktorji brez jedra so s svojo izjemno-majhno velikostjo, visoko gostoto navora in hitrim dinamičnim odzivom postali osrednji sestavni del za skupno aktiviranje v spretnih rokah humanoidnih robotov. Ta članek sistematično analizira njihova načela strukturne zasnove, ključne parametre delovanja in prednosti uporabe v medicinskih kirurških instrumentih in inteligentnih robotih. Glede na tehnične izzive, s katerimi se srečujejo domači proizvajalci pri integraciji tehnologije navitij in planetnih menjalnikov, so predlagane optimizacijske rešitve in prihodnje razvojne usmeritve.

1. Uvod

S hitrim razvojem humanoidnih robotov in minimalno invazivnih medicinskih naprav so vse višje zahteve glede velikosti, učinkovitosti in natančnosti krmiljenja pogonskih motorjev. 12-milimetrski motor z gonilom brez jedra, kot predstavnik mikro-pogonskih sistemov, odpravlja izgubo železa in zmanjšuje rotacijsko vztrajnost s svojo strukturo rotorja brez jedra. V kombinaciji s planetnim menjalnikom za povečanje navora je postal idealna izbira za natančne aktuatorje, kot so spretne roke in skalpeli.

2.1 Struktura motorja brez jedra in princip delovanja

2.1 Zasnova rotorja brez jedra

Motor brez jedra ima strukturo navitja brez jedra, s tuljavo, navito v obliki skodelice in neposredno povezano z gredjo rotorja. V primerjavi s tradicionalnimi krtačenimi motorji njegove prednosti vključujejo:

- Brez učinka zvijanja, kar ima za posledico nizko valovanje navora;

- Nizek vztrajnostni moment z mehansko časovno konstanto do 3,86 ms;

- Visoka učinkovitost z izkoriščenostjo energije od 75 do 90 %.

2.2 Integracija planetnega orodja

Da bi izpolnili zahteve glede izhodnega navora spretnih ročnih zglobov (običajno 5~20 mNm), imajo motorji brez jedra 8 mm, 10 mm, 12 mm in 13 mm pogosto integrirane miniaturne planetne menjalnike z redukcijskimi razmerji od 5 do 1500 in izhodnimi hitrostmi od 5 do 2000 vrt./min. Značilnosti strukture planetnega gonila:

- Koaksialni izhod, kompaktna struktura;

- Visoka gostota navora, ki lahko poveča izhodni navor za več kot 10-krat;

- High transmission efficiency (>90 %), primeren za scenarije pogostih zagonov-ustavitev.

3. Analiza ključnih parametrov uspešnosti

Če za primer vzamemo 12 mm motor brez jedra podjetja Shenzhen Kegu Technology Co., Ltd., so njegovi tipični parametri naslednji:

- Nazivna napetost: 12 V;

- Brez-hitrosti obremenitve: 18.000 vrt/min;

- Zastojni navor: 11,5 mNm;

- Konstanta navora: 4,85 mNm/A;

- Mehanska časovna konstanta: 3,86 ms;

- Največja učinkovitost: 72 %.

Ta motor lahko proizvede 11,5 mNm navora pri zastojnem toku 2,4 A. S planetnim menjalnikom z redukcijskim razmerjem 10:1 lahko izhodni navor doseže 115 mNm, kar zadostuje za pogon spretne roke za izvajanje dejanj prijemanja in ščipanja z enim prstom.

4. Scenariji uporabe in prednosti

4.1 Humanoidni robot Spretne roke

- Pogon z visoko stopnjo svobode: ena spretna roka zahteva 6–12 motorjev. 12-milimetrski votli čašasti motor je mogoče integrirati v sklepe prstov za doseganje kompleksnih gibov, kot so iztegovanje, umik in obračanje.

- Hiter odziv: mehanska časovna konstanta je 10.000 ur, kar daleč presega 1.000–3.000 ur krtačenih motorjev.

4.2 Medicinski kirurški instrumenti

- Miniaturiziran dizajn: s premerom 12 mm ga je mogoče vstaviti v kirurške instrumente, kot so skalpeli in endoskopi.

- Visok-natančen nadzor: s kodirnikom doseže 0,1-stopinjski -nadzor položaja, kar ustreza potrebam minimalno invazivne kirurgije.

5. Domači tehnološki izzivi in ​​prebojne poti

5.1 Tehnološke ovire

- Postopek navijanja: tuljave iz votle skodelice zahtevajo visoko-natančno navijanje. Čezmorska vodilna podjetja uporabljajo-tehnologijo oblikovanja iz enega kosa, medtem ko se domači proizvajalci večinoma zanašajo na ročne postopke ali postopke navijanja, kar ima za posledico nizke donose.

- Natančnost planetarnih zobnikov: Miniaturni planetni zobniki zahtevajo μm{1}}natančnost strojne obdelave, domača oprema pa se še vedno trudi doseči stabilno množično proizvodnjo. 5.2 Prebojne poti

- Samodejni razvoj opreme za navijanje: uvedba vizualno{1}}vodenega sistema navijanja za izboljšanje doslednosti tuljav;

- Optimizacija materiala planetnega orodja: uporaba prašne metalurgije ali keramičnih materialov za izboljšanje odpornosti proti obrabi in učinkovitosti prenosa;

- Integrirana zasnova: integracija motorja, reduktorja in kodirnika v en paket za zmanjšanje napak pri sestavljanju.

6. Sklepi in obeti

12-milimetrski motor z gonilom brez jedra je s svojo visoko gostoto moči, hitrim odzivom in dolgo življenjsko dobo postal osrednja komponenta na področju natančnih pogonov. V prihodnosti se bodo s preboji v domači tehnologiji navijanja in tehnologiji obdelave planetnih zobnikov njegovi stroški znatno znižali, kar bo spodbudilo njegovo široko uporabo v potrošniški elektroniki, pametnih domovih in na drugih področjih. Hkrati je v kombinaciji z algoritmi za krmiljenje AI mogoče doseči bolj inteligenten nadzor navora in položaja, kar dodatno razširi meje njegove uporabe v humanoidnih robotih in medicinski opremi.