Selles artiklis uuritakse südamikuta käigukastiga mootorite disaini, jõudluse optimeerimist ja rakendamist humanoidrobotite osavates kätes.

Südamikuta reduktormootoritest on oma üliväikeste mõõtmete, suure pöördemomenditiheduse ja kiire dünaamilise reaktsiooniga saanud humanoidrobotite osavates kätes liigeste käivitamise põhikomponent. Selles artiklis analüüsitakse süstemaatiliselt nende konstruktsioonipõhimõtteid, peamisi jõudlusparameetreid ja rakenduste eeliseid meditsiinilistes kirurgilistes instrumentides ja intelligentsetes robotites. Arvestades kodumaiste tootjate tehnilisi väljakutseid mähisetehnoloogia ja planetaarkäigukasti integreerimisega, pakutakse välja optimeerimislahendusi ja tuleviku arengusuundi.

1. Sissejuhatus

Humanoidrobotite ja minimaalselt invasiivsete meditsiiniseadmete kiire arenguga seatakse kõrgemad nõudmised ajamimootorite suurusele, tõhususele ja juhtimise täpsusele. 12 mm südamikuta käigukastiga mootor, mis esindab mikro-ajamisüsteeme, välistab rauakao ja vähendab pöörlemisinertsust tänu oma südamikuta rootori struktuurile. Koos pöördemomenti võimendava planetaarkäigukastiga on sellest saanud ideaalne valik täppisajamite jaoks, nagu osavad käed ja skalpellid.

2.1 Südamikuta käigukastiga mootori ehitus ja tööpõhimõte

2.1 Südamikuta rootori disain

Südamikuta mootoril on südamikuta mähiskonstruktsioon, mille mähis on keritud tassi kujul ja ühendatud otse rootori võlliga. Võrreldes traditsiooniliste harjatud mootoritega on selle eelised järgmised:

- Hammustusefekt puudub, mille tulemuseks on madal pöördemomendi pulsatsioon;

- Madal inertsimoment, mehaanilise ajakonstandiga kuni 3,86 ms;

- Kõrge kasutegur, energiakasutus ulatub 75%–90%.

2.2 Planetaarse käigu integreerimine

Osavate käsiliigendite (tavaliselt 5–20 mNm) pöördemomendi nõuete täitmiseks integreeritakse 8 mm, 10 mm, 12 mm ja 13 mm südamikuta mootoritesse sageli miniatuursed planetaarkäigukastid, mille reduktsiooniaste jääb vahemikku 5–1500 ja väljundkiirused 5–2000 p/m. Planeedi ülekande struktuuri omadused:

- Koaksiaalväljund, kompaktne struktuur;

- Suur pöördemomendi tihedus, mis suudab väljundmomenti võimendada rohkem kui 10 korda;

- High transmission efficiency (>90%), mis sobib sagedase käivitamise{1}}seiskamise stsenaariumide jaoks.

3. Peamiste toimivusparameetrite analüüs

Võttes näiteks Shenzhen Kegu Technology Co., Ltd. 12 mm südamikuta mootori, on selle tüüpilised parameetrid järgmised:

- Nimipinge: 12 V;

- koormuseta-kiirus: 18 000 p/min;

- Varisemismoment: 11,5 mNm;

- Pöördemomendi konstant: 4,85 mNm/A;

- Mehaaniline ajakonstant: 3,86 ms;

- Maksimaalne tõhusus: 72%.

See mootor suudab väljastada 11,5 mNm pöördemomenti 2,4 A seiskumisvooluga. 10:1 reduktsioonisuhtega planetaarkäigukasti puhul võib väljundpöördemoment ulatuda 115 mNm-ni, mis on piisav, et juhtida osavat kätt, et ühe sõrmega haarata ja pigistada.

4. Rakenduse stsenaariumid ja eelised

4.1 Humanoidrobot osavad käed

- Kõrge vabaduse aste: ühe osava käe jaoks on vaja 6–12 mootorit. Sõrme liigestesse saab integreerida 12 mm õõnsa tassi mootori, et saavutada keerulisi liigutusi, nagu pikendamine, tagasitõmbamine ja ümberpööramine.

- Kiirreageerimine: mehaaniline ajakonstant on 10 000 tundi, mis ületab tunduvalt harjatud mootorite 1000–3000 tundi.

4.2 Meditsiinikirurgilised instrumendid

- Miniatuurne disain: 12 mm läbimõõduga saab seda manustada kirurgilistesse instrumentidesse, nagu skalpellid ja endoskoobid.

- Kõrge-täppisjuhtimine: kodeerija abil saavutatakse 0,1-kraadine -asendijuhtimine, mis vastab minimaalselt invasiivse kirurgia vajadustele.

5. Kodused tehnoloogia väljakutsed ja läbimurdeteed

5.1 Tehnoloogilised tõkked

- Mähimisprotsess: õõnsad tassirullid nõuavad ülitäpset-mähimist. Välismaised liidrid kasutavad ühe-tüki vormimise tehnoloogiat, samas kui kodumaised tootjad tuginevad enamasti käsitsi või kerimisprotsessidele, mille tulemuseks on madal saagis.

- Planetaarsete hammasrataste täpsus: miniatuursed planetaarülekanded nõuavad μm{1}}taset töötlemistäpsust ja kodutehnika on endiselt hädas stabiilse masstootmise saavutamiseks. 5.2 Läbimurdeteed

- Automatiseeritud mähisseadmete arendus: nägemus-juhitava mähissüsteemi juurutamine, et parandada mähise ühtlust;

- Planeedi hammasrataste materjalide optimeerimine: pulbermetallurgia või keraamiliste materjalide kasutamine kulumiskindluse ja ülekande tõhususe parandamiseks;

- Integreeritud disain: mootori, reduktori ja kodeerija integreerimine ühte paketti, et vähendada montaaživigu.

6. Järeldused ja väljavaade

Suure võimsustiheduse, kiire reageerimise ja pika elueaga 12 mm südamikuta reduktormootorist on saanud täppisajami põhikomponent. Tulevikus, tänu kodumaise mähisetehnoloogia ja planetaarülekande tehnoloogia läbimurdele, vähenevad selle maksumus märkimisväärselt, mis suurendab selle laialdast kasutamist olmeelektroonikas, nutikadudes ja muudes valdkondades. Samaaegselt koos tehisintellekti juhtimisalgoritmidega saab saavutada intelligentsema pöördemomendi ja positsiooni juhtimise, laiendades veelgi selle rakenduspiire humanoidrobotites ja meditsiiniseadmetes.