Овај рад истражује дизајн, оптимизацију перформанси и примену мотора са редуктором без језгра у спретним рукама хуманоидних робота.

Мотори са редукторима без језгра, са својом ултра-малом величином, великом густином обртног момента и брзим динамичким одзивом, постали су основна компонента за заједничко активирање у спретним рукама хуманоидних робота. Овај рад систематски анализира њихове принципе конструкције, кључне параметре перформанси и предности примене у медицинским хируршким инструментима и интелигентним роботима. Узимајући у обзир техничке изазове са којима се суочавају домаћи произвођачи у технологији намотаја и интеграцији планетарних мењача, предложена су решења за оптимизацију и будући правци развоја.

1. Увод

Са брзим развојем хуманоидних робота и минимално инвазивних медицинских уређаја, постављају се већи захтеви за величину, ефикасност и прецизност контроле погонских мотора. Мотор са редуктором без језгра од 12 мм, као представник микро-система погона, елиминише губитак гвожђа и смањује инерцију ротације кроз своју структуру ротора без језгра. У комбинацији са планетарним мењачем за појачавање обртног момента, постао је идеалан избор за прецизне актуаторе као што су спретне руке и скалпели.

2.1 Структура мотора са редуктором без језгра и принцип рада

2.1 Дизајн ротора без језгра

Мотор без језгра има структуру намотаја без језгра, са завојницом намотаном у облику чаше и директно повезана са осовином ротора. У поређењу са традиционалним брушеним моторима, његове предности укључују:

- Нема ефекта зупчаника, што доводи до ниског таласања обртног момента;

- Мали момент инерције, са механичком временском константом до 3,86 мс;

- Висока ефикасност, са коришћењем енергије до 75%~90%.

2.2 Интеграција планетарне опреме

Да би се испунили захтеви излазног обртног момента за спретне ручне зглобове (обично 5~20 мНм), мотори без језгра од 8 мм, 10 мм, 12 мм и 13 мм често интегришу минијатурне планетарне мењаче, са односом редукције у распону од 5 до 1500 и излазним брзинама од 5 до 200 о/мин. Структура планетарног зупчаника има:

- Коаксијални излаз, компактна структура;

- Висока густина обртног момента, способна да појача излазни обртни момент за више од 10 пута;

- High transmission efficiency (>90%), погодно за сценарије честог покретања{1}}заустављања.

3. Анализа параметара кључних перформанси

Узимајући за пример мотор без језгра од 12 мм компаније Схензхен Кегу Тецхнологи Цо., Лтд., његови типични параметри су следећи:

- Називни напон: 12В;

- Без-брзина пуњења: 18.000 о/мин;

- Обртни момент: 11,5 мНм;

- Константа обртног момента: 4,85 мНм/А;

- Механичка временска константа: 3,86 мс;

- Максимална ефикасност: 72%.

Овај мотор може да произведе 11,5 мНм обртног момента при струји застоја од 2,4 А. Са планетарним мењачем са редукционим односом од 10:1, излазни обртни моменат може да достигне 115 мНм, што је довољно за покретање спретне руке за обављање радњи хватања и штипања једним прстом.

4. Сценарији и предности примене

4.1 Хуманоидни робот спретне руке

- Висок степен слободе покрета: Једна спретна рука захтева 6-12 мотора. Мотор са шупљом чашом од 12 мм може се интегрисати у зглобове прстију како би се постигли сложени покрети као што су проширење, повлачење и окретање.

- Брзи одговор: механичка временска константа је 10.000 сати, што је далеко више од 1.000-3.000 сати брушених мотора.

4.2 Медицински хируршки инструменти

- Минијатуризовани дизајн: Са пречником од 12 мм, може да се угради у хируршке инструменте као што су скалпели и ендоскопи.

- Висока-Контрола прецизности: Са енкодером постиже контролу положаја -нивоа од 0,1 степена, задовољавајући потребе минимално инвазивне хирургије.

5. Домаћи технолошки изазови и пробојни путеви

5.1 Технолошке баријере

- Процес намотавања: Намотаји са шупљим чашама захтевају високо{1}}прецизно намотавање. Лидери у иностранству користе технологију једноделног обликовања-, док се домаћи произвођачи углавном ослањају на ручне процесе или процесе намотавања, што резултира ниским приносима.

- Прецизност планетарног зупчаника: Минијатурни планетарни зупчаници захтевају прецизност обраде μм-нивоа, а домаћа опрема се још увек бори да постигне стабилну масовну производњу. 5.2 Пробојне путање

- Развој аутоматизоване опреме за намотавање: Увођење система за намотавање{1}}вођеног визијом ради побољшања конзистентности намотаја;

- Оптимизација материјала планетарног зупчаника: коришћење металургије праха или керамичких материјала за побољшање отпорности на хабање и ефикасност преноса;

- Интегрисани дизајн: Интегрисање мотора, редуктора и енкодера у један пакет ради смањења грешака при склапању.

6. Закључци и изгледи

Мотор са редуктором без језгра од 12 мм, са својом великом густином снаге, брзим одзивом и дугим веком трајања, постао је главна компонента у области прецизног погона. У будућности, са открићима у домаћој технологији намотаја и технологији обраде планетарних зупчаника, његова цена ће се значајно смањити, што ће довести до његове широке примене у потрошачкој електроници, паметним кућама и другим пољима. Истовремено, у комбинацији са АИ контролним алгоритмима, може се постићи интелигентнија контрола обртног момента и положаја, додатно проширујући границе његове примене у хуманоидним роботима и медицинској опреми.