I udviklingen af robotter er én kerneteknologi afgørende: anvendelsen af lejer i det humanoide robotfelt. Som en kernekomponent i humanoide robotter tegner lejer sig for cirka 5,5 % af værdien af hovedkomponenter. Forskellige typer lejer spiller uerstattelige roller i forskellige dele af robotten.
Ⅰ Lejer i reduktionsgear
Reduceren er kernekrafttransmissionsmekanismen i en humanoid robot, der kan sammenlignes med et menneskeligt led. En præcisionsreduktion er en mellemanordning, der forbinder strømkilden og aktuatoren. Dens funktion er at reducere servomotorens høje hastighed, forstærke servomotorens oprindelige drejningsmoment gennem gearreduktionsforhold og give høj stivhed og høj-positionering. Humanoid-robotreducere inkluderer hovedsageligt harmoniske reduktionsgearer, RV-reducere og planetreducere. Forskellige typer reduktionsgear har forskellige krav til lejer:
1. RV Reducer Lejer:
RV-reduktionsanordninger, også kendt som roterende vektor-reduktionsanordninger, omfatter en forreste-planetgearreduktion og en bageste-cykloidal reduktion af pinwheel. Denne transmissionsmetode er en videreudvikling baseret på den klassiske pin-pendulplanettransmissionsteknologi. Den kombinerer adskillige fordele, såsom kompakt størrelse, letvægt, bredt udvekslingsforhold, lang levetid, stabil præcisionsvedligeholdelse, høj effektivitet og jævn transmissionsydeevne.
RV-reduceren bruger tre typer lejer: et tyndt-vægget vinkelkontaktkugleleje til hovedlejet (udgangsakslen), et tyndt-vægget tilspidset rulleleje til excentrisk akselpositionering og hovedkroppsunderstøtning, en cylindrisk rulle (nålerulle-gearunderstøttelse), en cyklo- og cageal-enhed. tyndt-væggede dybe sporkugleleje til gearunderstøttelse.
2. Harmoniske reduktionslejer
Robotternes roterende led anvender primært harmoniske reduktionsmidler. Deres fremstillingsteknologi er baseret på harmonisk transmission. En harmonisk reducer er et mekanisk transmissionssystem, der består af fire grundlæggende komponenter: en bølgegenerator (fleksibelt leje), krydsede rullelejer (stift leje), et fleksibelt gear med en ekstern gearring (fleksibelt hjul) og et stift gear (stift hjul).
① Krydsede rullelejer
Der er forskellige serier af krydsede rullelejer til harmoniske reduktioner, der er i stand til at modstå belastninger i flere-retninger og tilbyder høj præcision og stivhed. Krydsede rullelejer specielt designet til harmoniske reduktioner kan opdeles i to hovedkategorier baseret på deres anvendelsesmiljø: dem med en delt ydre ring og dem med en integreret indre ring. De rullende elementer i disse lejer er cylindriske ruller arrangeret i en 90 graders vinkelret vinkel i en V--formet løbebane. Dette design gør det muligt for lejet samtidigt at modstå belastninger fra flere retninger, inklusive aksiale, radiale og væltende momenter. Ydermere udviser disse lejer høj præcision, høj stivhed og fremragende kompositlast-bæreevne, hvilket gør dem til en uundværlig komponent i harmoniske reduktionsanordninger.
② Fleksible lejer Fleksible lejer, der er specielt designet til harmoniske reduktioner, adskiller sig fra traditionelle lejer. De er tynde-væggede kuglelejer med en tyndere ydre ring, hvilket gør dem tilbøjelige til radial deformation. På trods af deres tynde vægge forbliver de meget fleksible og bruger materialer af høj-kvalitet for at sikre stabil drift. Disse fleksible lejer til harmoniske dæmpere har fremragende spændingsbæreevne-. De modstår effektivt skiftende bøjnings- og drejningsmomentbelastninger, og bibeholder en grad af fleksibilitet i deres interaktion med knaster på trods af deres relativt tynde vægdesign. Både de indre og ydre ringe såvel som de rullende elementer er lavet af høj-kvalitets-kulstofkrombærende stål og er udstyret med en integreret nylonholder, der sikrer stabil og effektiv drift af lejet i den harmoniske generatorsektion af den harmoniske reduktion.
Harmoniske reduktionsgearer bruger typisk et krydset rulleleje og et fleksibelt leje.
3. Planetarisk Gear Reducer
Planetgearreduktionen er den mest effektive geartransmissionsstruktur. En planetgears transmissionsmekanisme består hovedsageligt af planetgear, en planetbærer og et solgear. I en præcision planetarisk reducer driver en drivkraft, såsom en servomotor, typisk solhjulet til at rotere. Solgearets indgreb med planetgearene driver planetgearene til at rotere. Samtidig, fordi den anden side af planetgearet går i indgreb med et ringgear på indervæggen af reduktionshuset, vil planetgearene, drevet af deres egen rotation, rulle på ringhjulet i samme retning som solhjulets rotation, hvilket danner en "revolutionær" bevægelse omkring solhjulet. Forskellen i antallet af tænder mellem solgearet og ringgearet opnår hastighedsreduktionsformålet.
Den planetariske reduktion konverterer motorens høj-hastighedsrotation til lav-hastighed, høj-drejningsmomentydelse, velegnet til transmissionsbehovene for ikke-høj-dele af robotter, såsom underekstremiteterne (f.eks. hofte- og knæled). Ved at drive planetgearene til at rotere og rotere gennem solgearet, udsendes kraften i sidste ende af planetbæreren. Den har enkel struktur, lav pris og høj bæreevne.-
Tager Tesla Optimus Gen-2 robotten som et eksempel, bruger dens planetariske reduktionsgear kuglelejer med dybe riller og nålerullelejer. Dybe rillekuglelejer bruges til at modstå mindre radiale og aksiale belastninger, mens nålerullelejer bruges til at modstå de enorme radiale belastninger, der genereres af planetgearene, når de roterer ved høje hastigheder.
II. Andre lejer i humanoide robotter
1. Lineære aktuatorer: Fire-punktkontaktlejer
Fire-kontaktlejer bruger kuglelejer, hvor kuglelejets stålkugler berører de indre og ydre ringe på fire punkter, hvilket opnår en to-kontakttilstand. Dette giver dem mulighed for at modstå tovejs aksiale belastninger og en vis andel af radiale belastninger. Det sammensatte indre ringdesign rummer flere bolde, hvilket øger belastnings-bæreevnen; den delte struktur letter installationen og er velegnet til samlinger med begrænset plads-. Kontaktvinklen er typisk 35 grader eller 45 grader med lille aksial frigang, hvilket giver høj hastighedsbegrænsning og stivhed.
Fire-kontaktlejer bruges almindeligvis i roterende led og lineære aktuatorer i forbindelse med krydsede rullelejer for at opnå høj-præcisionsbevægelse.
2. Selv-smørende ledlejer: Selv-smørende lejer opnår lav-friktionsbevægelse gennem bimetalliske kompositmaterialer eller faste smøremidler, med en friktionskoefficient så lav som 0,08, samtidig med at de har høj slidstyrke (levetid på over 10.000 timer). I humanoide robotter bruges de hovedsageligt i ledmoduler, med vedligeholdelses-fri drift, høj belastningskapacitet og lang levetid, der opfylder kravene til højfrekvente bevægelser og mikron-præcision. For eksempel er Changsheng Bearings selv{12}}smørende glidelejer blevet anvendt på samlingsmodulerne i Unitree Robotics' humanoide robotter, hvilket har opnået en penetrationsrate på over 80 %, hvilket gør dem til den eksklusive leverandør.
Andre anvendelser af selv-smørende lejer i robotter:
Reduktionsgearsæt: Matcher høj-transmissionskrav og sikrer bevægelsesstabilitet.
Ledforbindelser: Tåler tunge belastninger og høj-hastighedsdrift, hvilket reducerer energiforbruget.
Skruetræksystemer: Tilpasning til mikron-bevægelsespræcision på niveau, hvilket forbedrer den generelle fleksibilitet.
Sammenfatning: I den teknologiske pyramide af humanoide robotter er lejer, selvom de er små, en afgørende kerne, der forbinder de øvre og nedre lag. Det er ikke blot en fysisk forbindelse, men også en ydelsesmuliggører, og dens betydning manifesterer sig i tre aspekter: **Hjørnestenen i bevægelsespræcision:** Høj-præcision, høj-stivhed sikrer jævnheden, nøjagtigheden og stabiliteten af enhver robotbevægelse. Fra mikro-manipulation af behændige hænder til den kraftige støtte af benled, forstærkes selv små fejl i lejerne, hvilket direkte bestemmer robottens samlede bevægelsesydelse.
**Garanti for belastnings-bæreevne og levetid:** Humanoide robotter skal modstå komplekse multi-dimensionelle belastninger i dynamiske miljøer. Specialiserede tynde-væggede vinkelkontaktkuglelejer, krydsede rullelejer og andre letvægtsdesigns giver overlegne anti-vippeevner og udmattelsesstyrke, hvilket danner hjørnestenen i robottens langsigtede-pålidelige drift.
**Nøglen til energieffektivitet og integration:** Lav-friktionslejer reducerer strømtab, forbedrer energieffektiviteten og forlænger indirekte robottens udholdenhed. Samtidig sparer fremkomsten af kompakte lejer (såsom fire-kontaktkuglelejer) værdifuld plads i robotleddesignet, hvilket muliggør en højere grad af integration.
