في تطوير الروبوتات، تعد إحدى التقنيات الأساسية أمرًا بالغ الأهمية: تطبيق المحامل في مجال الروبوتات البشرية. باعتبارها مكونًا أساسيًا للروبوتات البشرية، تمثل المحامل حوالي 5.5% من قيمة المكونات الرئيسية. تلعب الأنواع المختلفة من المحامل أدوارًا لا يمكن الاستغناء عنها في أجزاء مختلفة من الروبوت.
Ⅰ المحامل في المخفضات
المخفض هو آلية نقل الطاقة الأساسية في الروبوت البشري، ويمكن مقارنته بالمفصل البشري. مخفض الدقة هو جهاز وسيط يربط بين مصدر الطاقة والمشغل. وتتمثل وظيفته في تقليل السرعة العالية للمحرك المؤازر، وتضخيم عزم الدوران الأصلي للمحرك المؤازر من خلال نسب تقليل التروس، وتوفير صلابة عالية وتحديد المواقع بدقة عالية. تشتمل مخفضات الروبوت الآلية بشكل أساسي على مخفضات توافقية ومخفضات RV ومخفضات كوكبية. أنواع مختلفة من المخفضات لها متطلبات مختلفة للمحامل:
1. محامل المخفض RV:
تشتمل مخفضات RV، المعروفة أيضًا باسم مخفضات المتجهات الدوارة، على مخفض تروس كوكبي-للمرحلة الأمامية ومخفض للتروس الكوكبية-للمرحلة الخلفية. تعد طريقة النقل هذه بمثابة تطوير إضافي يعتمد على تقنية النقل الكوكبي ذات الدبوس الكلاسيكي-. فهو يجمع بين العديد من المزايا، مثل الحجم الصغير، الوزن الخفيف، نسبة النقل الواسعة، عمر الخدمة الطويل، الصيانة الدقيقة المستقرة، الكفاءة العالية، وأداء النقل السلس.
يستخدم مخفض RV ثلاثة أنواع من المحامل: -محمل كروي رفيع ذو جدران تلامس زاوي للمحمل الرئيسي (عمود الإخراج)، ومحمل أسطواني مستدق رفيع-من أجل وضع العمود اللامركزي ودعم الجسم الرئيسي، وأسطوانة أسطوانية (بكرة إبرة) لدعم التروس الدائرية، ومجموعة قفص، ومحمل كروي رقيق ذو أخدود عميق- لدعم التروس.
2. محامل المخفض التوافقي
تستخدم المفاصل الدوارة للروبوتات في المقام الأول المخفضات التوافقية. تعتمد تكنولوجيا التصنيع الخاصة بهم على النقل التوافقي. المخفض التوافقي هو نظام نقل ميكانيكي يتكون من أربعة مكونات أساسية: مولد موجة (محمل مرن)، محامل متقاطعة (محمل صلب)، ترس مرن مع حلقة تروس خارجية (عجلة مرنة)، وترس صلب (عجلة صلبة).
① محامل أسطوانية متقاطعة
توجد سلاسل مختلفة من المحامل الأسطوانية المتقاطعة للمخفضات التوافقية، القادرة على تحمل الأحمال المتعددة-الاتجاهات، وتوفر دقة وصلابة عالية. يمكن تقسيم المحامل الأسطوانية المتقاطعة المصممة خصيصًا للمخفضات التوافقية إلى فئتين رئيسيتين بناءً على بيئة التطبيق الخاصة بها: تلك ذات الحلقة الخارجية المنقسمة وتلك ذات الحلقة الداخلية المتكاملة. العناصر المتدحرجة لهذه المحامل عبارة عن بكرات أسطوانية مرتبة بزاوية متعامدة قدرها 90 درجة في مجرى سباق على شكل V-. يسمح هذا التصميم للمحمل بتحمل الأحمال من اتجاهات متعددة في نفس الوقت، بما في ذلك اللحظات المحورية والقطرية والانقلابية. علاوة على ذلك، تتميز هذه المحامل بدقة عالية، وصلابة عالية، وقدرة تحمل ممتازة للحمل المركب-، مما يجعلها مكونًا لا غنى عنه للمخفضات التوافقية.
② المحامل المرنة المحامل المرنة المصممة خصيصًا للمخفضات التوافقية تختلف عن المحامل التقليدية. وهي عبارة عن-محامل كروية رقيقة الجدران مع حلقة خارجية أقل سمكًا، مما يجعلها عرضة للتشوه الشعاعي. وعلى الرغم من جدرانها الرقيقة، فإنها تظل مرنة للغاية وتستخدم مواد{3}عالية الجودة لضمان التشغيل المستقر. تتمتع هذه المحامل المرنة للمخفضات التوافقية بقدرة تحمل ممتازة للضغط. إنها تتحمل بفعالية ضغوط الانحناء وعزم الدوران المتناوبة، وتحافظ على درجة من المرونة في تفاعلها مع الكامات على الرغم من تصميم جدارها الرقيق نسبيًا. كل من الحلقات الداخلية والخارجية، بالإضافة إلى العناصر المتدحرجة، مصنوعة من فولاذ محمل بالكروم الكربوني عالي الجودة-عالي الجودة- ومجهزة بمثبت متكامل من النايلون، مما يضمن التشغيل المستقر والفعال للمحمل في قسم المولد التوافقي للمخفض التوافقي.
تستخدم المخفضات التوافقية عادةً محملًا أسطوانيًا متقاطعًا ومحملًا مرنًا واحدًا.
3. مخفض التروس الكوكبية
إن مخفض التروس الكوكبي هو هيكل نقل التروس الأكثر كفاءة. تتكون آلية نقل التروس الكوكبية بشكل أساسي من التروس الكوكبية وحامل الكوكب والعتاد الشمسي. في المخفض الكوكبي الدقيق، عادةً ما يقوم المحرك الرئيسي مثل المحرك المؤازر بدفع ترس الشمس للدوران. إن ربط التروس الشمسية مع التروس الكوكبية يدفع التروس الكوكبية إلى الدوران. في الوقت نفسه، نظرًا لأن الجانب الآخر من الترس الكوكبي يتشابك مع ترس حلقي على الجدار الداخلي لمبيت المخفض، فإن التروس الكوكبية، المدفوعة بدورانها الخاص، سوف تدور على الترس الحلقي في نفس اتجاه دوران ترس الشمس، مما يشكل حركة "ثورية" حول ترس الشمس. إن الاختلاف في عدد الأسنان بين الترس الشمسي والترس الحلقي يحقق غرض تقليل السرعة.
يقوم المخفض الكوكبي بتحويل الدوران عالي السرعة-للمحرك إلى سرعة-منخفضة، وعزم دوران عالي-، مناسب لاحتياجات النقل للأجزاء غير-عالية الدقة-من الروبوتات، مثل الأطراف السفلية (على سبيل المثال، مفاصل الورك والركبة). من خلال دفع التروس الكوكبية للدوران والدوران عبر التروس الشمسية، يتم إخراج الطاقة في النهاية بواسطة حامل الكوكب. إنه يتميز بهيكل بسيط، وتكلفة منخفضة، وقدرة تحمل عالية-.
إذا أخذنا روبوت Tesla Optimus Gen-2 كمثال، فإن المخفض الكوكبي الخاص به يستخدم محامل كروية ذات أخدود عميق ومحامل ذات بكرات إبرية. يتم استخدام محامل الكرات ذات الأخدود العميق لتحمل الأحمال الشعاعية والمحورية الأصغر، في حين يتم استخدام محامل الإبرة لتحمل الأحمال الشعاعية الضخمة الناتجة عن التروس الكوكبية عندما تدور بسرعات عالية.
ثانيا. محامل أخرى في الروبوتات البشرية
1. المحركات الخطية: أربعة-محامل تلامس نقطية
تستخدم محامل التلامس الأربع-محامل كروية حيث تتصل الكرات الفولاذية للمحمل الكروي بالحلقات الداخلية والخارجية عند أربع نقاط، مما يؤدي إلى تحقيق حالة تلامس بنقطتين-. وهذا يسمح لهم بتحمل الأحمال المحورية ثنائية الاتجاه ونسبة معينة من الأحمال الشعاعية. يستوعب تصميم الحلقة الداخلية المركبة المزيد من الكرات، مما يزيد من قدرة تحمل الحمولة؛ يسهل الهيكل المقسم عملية التثبيت وهو مناسب للمفاصل ذات المساحة المحدودة -. زاوية الاتصال عادة ما تكون 35 درجة أو 45 درجة، مع خلوص محوري صغير، وبالتالي توفير تحديد السرعة العالية والصلابة.
يتم استخدام محامل التلامس ذات الأربع نقاط- بشكل شائع في الوصلات الدوارة والمشغلات الخطية، جنبًا إلى جنب مع المحامل الأسطوانية المتقاطعة لتحقيق حركة عالية الدقة-.
2. محامل المفاصل ذاتية التشحيم-: تحقق محامل التشحيم الذاتي-حركة احتكاك منخفضة من خلال المواد المركبة ثنائية المعدن أو مواد التشحيم الصلبة، مع معامل احتكاك منخفض يصل إلى 0.08، في حين تتمتع أيضًا بمقاومة عالية للتآكل (عمر الخدمة يتجاوز 10000 ساعة). في الروبوتات البشرية، يتم استخدامها بشكل أساسي في الوحدات المشتركة، وتتميز بالتشغيل بدون صيانة-، وقدرة تحميل عالية، وعمر طويل، وتلبية متطلبات الحركات ذات التردد العالي-والدقة على مستوى الميكرون-. على سبيل المثال، تم تطبيق محامل التشحيم الذاتي{12}}من شركة Changsheng Bearing على الوحدات المشتركة للروبوتات البشرية التابعة لشركة Unitree Robotics، مما أدى إلى تحقيق معدل اختراق يزيد عن 80%، مما يجعلها المورد الحصري.
التطبيقات الأخرى لمحامل التشحيم الذاتي-في الروبوتات:
مجموعات التروس المخفض: مطابقة -متطلبات النقل عالية الدقة وضمان استقرار الحركة.
الروابط المشتركة: تحمل الأحمال الثقيلة والتشغيل بسرعة عالية-، مما يقلل من استهلاك الطاقة.
أنظمة المحركات اللولبية: تتكيف مع دقة الحركة على مستوى الميكرون-، مما يؤدي إلى تحسين المرونة بشكل عام.
ملخص: في الهرم التكنولوجي للروبوتات الشبيهة بالبشر، تعد المحامل، على الرغم من صغر حجمها، بمثابة قلب حاسم يربط بين الطبقات العليا والسفلى. إنه ليس مجرد موصل مادي، ولكنه أيضًا أداة تمكين للأداء، وتتجلى أهميته في ثلاثة جوانب: **حجر الزاوية في دقة الحركة:** تضمن المحامل -الدقة العالية والصلابة العالية- سلاسة ودقة واستقرار كل حركة للروبوت. بدءًا من التلاعب الدقيق بالأيدي الماهرة وحتى الدعم القوي لمفاصل الساق، يتم تضخيم حتى الأخطاء الدقيقة في المحامل، مما يحدد بشكل مباشر أداء الحركة الإجمالي للروبوت.
**ضمان قدرة تحمل الحمولة-وعمرها:** تحتاج الروبوتات البشرية إلى تحمل الأحمال المعقدة-الأبعاد في البيئات الديناميكية. توفر المحامل الكروية المتخصصة-ذات الجدران الرفيعة والمحامل الأسطوانية المتقاطعة وغيرها من التصميمات خفيفة الوزن إمكانات فائقة ضد-القلب وقوة الكلال، مما يشكل حجر الزاوية في التشغيل الموثوق-على المدى الطويل للروبوت.
**مفتاح كفاءة الطاقة والتكامل:** تعمل محامل الاحتكاك المنخفض- على تقليل فقدان الطاقة وتحسين كفاءة الطاقة وزيادة قدرة الروبوت على التحمل بشكل غير مباشر. وفي الوقت نفسه، يؤدي ظهور محامل مدمجة (مثل محامل كروية ذات نقاط اتصال رباعية-) إلى توفير مساحة قيمة في تصميم مفصل الروبوت، مما يتيح درجة أعلى من التكامل.
