Componentes otimizados expandem possibilidades de movimento para robôs humanóides

Espera -se que os robôs humanóides transformem um amplo espectro de atividades, graças a redes neurais avançadas que comandam juntas, apêndices e efetores finais para fornecer habilidades praticamente humanas. No entanto, a crescente adoção de humanóides não seria possível sem componentes avançados de movimento projetados para se adequar a suas tarefas e ambientes.

Alguns dos mercados em crescimento incluem assistência médica, varejo e hospitalidade, fabricação, manuseio de materiais e logística, para citar alguns. De fato, o potencial do mercado humanóide deve atingir até US $ 38 bilhões em vendas até 2035, De acordo com Pesquisa de Goldman Sachs.

Vejamos alguns dos elementos de design que você precisa classificar para especificar o componente de movimento certo e otimizá -lo para as tarefas e ambientes pretendidos de um robô.

Tarefas humanóides exigem movimento preciso e controlado

Embora os sistemas mecânicos em humanóides provavelmente precisem de componentes otimizados para executar tarefas em seus ambientes planejados, é importante descobrir o que os produtos padrão podem fazer para o seu sistema de movimento antes de se comprometer com um componente personalizado.

A partir daí, você pode levar seus requisitos especiais a um especialista em componentes de movimento com experiência comprovada modificando produtos padrão para enfrentar os desafios do aplicativo. Aqui estão alguns elementos de movimento humanóide comum, juntamente com alguns componentes padrão que são adequados para a tarefa, usando produtos IKO como exemplos:

• Motivo de quadril, articulação, cotovelo ou pulso. Não há componente mais importante em humanóides do que rolamentos de roletes cruzados (Crbs). Com os rolos cruzados alternadamente nos ângulos retos entre si entre os anéis interno e externo, os CRBs podem lidar com cargas radiais, impulsas e de momento ao mesmo tempo. Esse arranjo permite que os rolos façam maior contato com a pista, para que atuadores robóticos nos cotovelos, quadris e outras juntas possam manipular cargas pesadas com maior estabilidade e precisão rotacional – tudo em tamanho compacto. Não é de surpreender que um humanóide típico tenha entre 14 e 20 CRBs para executar várias funções.

Os rolamentos de rolos cruzados CRBT e CRBTF medem apenas 5,5 mm de altura e 5 mm de largura. Fonte: Iko

• Movimento linear controlado. Guias de rolamento de movimento linear Venha em uma ampla gama de tamanhos, tornando -os adequados para diferentes partes de um corpo humanóide. Por exemplo, garra e efetores finais que imitam os dedos são frequentemente usados para agarrar objetos e, portanto, devem abrir e fechar com precisão. Os guias lineares de rolagem de movimento são críticos na colheita e colocação de tarefas, dando aos dedos do robô apenas a força de fixação certa para manipular o objeto, além de permitir que eles sejam suficientemente ágeis para evitar danificar o objeto.

Um desses guia, Iko’s Série MLvem em alguns dos menores tamanhos da indústria, enquanto o LWL está disponível com uma largura de apenas 1 mm (0,03 pol.). Muitos de seus rolamentos ostentam um design de recirculação do tipo bola para fornecer movimento preciso e controlado.

Os guias de rolagem de movimento linear da série ML vêm em alguns dos menores tamanhos da indústria, afirma a IKO. Fonte iko

Os guias IKO também estão disponíveis em versões longas padrão e altamente rígidas que podem ser projetadas no tronco, braços ou pernas de um robô para estender seu alcance para, por exemplo, acessar altas prateleiras. Esses guias podem até ser usados no pescoço de um robô para permitir que a cabeça espiasse acima ou ao redor de obstáculos para melhor “ver” seus arredores.

• Rolamentos simples esféricos – Também conhecido como buchas – estabiliza membros humanóides enquanto giram e simulam ações humanas. Por exemplo, muitos humanóides têm uma haste na parte traseira do pé que se conecta à placa de base. Com rolamentos simples esféricos nesse tipo de design, os pés e os tornozelos podem girar, girar ou se inclinar para frente ou para trás.
• Segurando e girando objetos. Seguidores de came são desejáveis em muitos designs internos que precisam de uma parte para andar em uma câmera e podem ser montados acima de um arco circular para fornecer mais graus de liberdade.

A IKO disse que oferece alguns dos menores seguidores de cames do mercado, incluindo unidades com diâmetros de cravo tão pequenos quanto 1,4 mm (0/05 in.). Esses componentes também têm um design interno que lida com cargas de impulso sem degradação significativa do produto.

Guias lineares podem ajudar um robô humanóide a ampliar seu alcance. Fonte: Iko

Melhorias de desempenho envolvem trade-offs de movimento

Como os robôs humanóides são projetados para ocupar os mesmos ambientes que as pessoas e manipular objetos de tamanho uniforme, como bolsas de armazém, pode ser fácil pensar que os componentes de movimento padrão são necessários. Mas depois de decidir o tipo de componente necessário, o único limite para melhorar o desempenho do seu sistema é sua capacidade de otimizar seus objetivos de movimento.

Quando se trata de aprimoramentos de desempenho, é importante lembrar que os projetos humanóides vêm com trocas que normalmente fazem perguntas difíceis. Faça com que um fornecedor de componentes de movimento confiável avalie suas necessidades, aconselhe suas opções e ajude a fornecer respostas. Portanto, vale a pena trabalhar em estreita colaboração com seu fabricante de componentes, especialmente quando seus objetivos de design humanóide incluem:

• Controle de movimento. Qualquer articulação que precise girar, girar, girar ou oscilar exigirá componentes de movimento. Mas para imitar os movimentos humanos, várias articulações e atuadores precisarão trabalhar com controle efetivo de movimento. Por exemplo, veja como seu fabricante de componentes de movimento pode ajudá -lo a trabalhar com os problemas envolvidos na obtenção de alta precisão e rotação suave em uma articulação robótica tradicional:
  Embora dois rolamentos de seção fina possam fazer o trabalho, eles consumirão uma grande quantidade de espaço e terão um alto custo. O IKO CRBS pode eliminar o sistema de duas porte. Eles integram dois rolamentos em uma plataforma por meio de rolos dispostos em um padrão “X”, permitindo que eles lidem com grandes cargas axiais, radiais e de momento simultaneamente para executar tarefas complexas enquanto economizam espaço. As personalizações podem incluir flanges adicionais ou padrões de parafusos diferentes para simplificar a instalação.

Componentes livres de manutenção mantêm humanóides em movimento

Nos humanóides, como em qualquer dispositivo com sistemas de movimento, manter rolamentos e outros componentes adequadamente lubrificados é uma preocupação fundamental. Espera -se que muitos humanóides repetam tarefas milhares de vezes, sem deterioração das partes móveis. E essas peças são normalmente integradas em espaços apertados.

A IKO resolve esse problema com o C-Lube-um elemento lubrificante incorporado em muitos produtos, incluindo guias lineares e seguidores de cames. Em guias lineares, o Cubo C fornece o óleo lubrificante para as superfícies de seus elementos rolantes sem entrar em contato com o trilho da faixa. Este sistema de lubrificação embutido pode ser livre de manutenção por cinco anos ou 12.500 mi. (20.116,8 km) e além. Tomados em conjunto, os componentes do Lube C oferecem desempenho de longa duração e sem manutenção, para que seus robôs humanóides permaneçam em movimento.

• Ajuste o ambiente de trabalho existente. Às vezes, as estratégias avançadas de controle de movimento também são necessárias para fazer com que um humanóide se apresente em um ambiente de trabalho distinto. Suponha que um robô deva lidar com um objeto a uma altura ou profundidade de prateleira que uma pessoa possa não conseguir alcançar. O fabricante do componente de movimento certo pode adicionar mecanismos de extensão linear aos braços ou pernas ou modificar um tronco para criar uma estrutura física que possa superar as limitações físicas de um humano e se adaptar a um ambiente de trabalho mais complexo.
• Minimizar os requisitos de manutenção. Reduzir e prever as necessidades de manutenção são aspectos importantes ao projetar sistemas de movimento que deverão executar consistentemente dezenas de milhares de vezes sem degradação. Embora alguns componentes com sensores integrados possam, por exemplo, os operadores de alerta para danos mecânicos, a IKO se esforça para fabricar produtos livres de manutenção ao longo da vida do aplicativo.

O C-Lube é um sistema de lubrificação embutido para guias lineares. Fonte: Iko

Componentes personalizados dão à Free Fleme de Movimento dos Humanóides

Como os robôs humanóides destinam -se a se mover livremente à medida que assumem suas tarefas e ambientes, os componentes de movimento personalizados são críticos para facilitar o movimento, além de otimizar a produtividade e a confiabilidade. Ao desenvolver uma solução personalizada para o seu robô humanóide, mantenha algumas dessas melhores práticas – usando rolamentos cruzados como exemplo – em mente. Lembre-se de que os humanóides podem conter até duas dúzias de CRBs.

• Garanta precisão do movimento. Como é o caso dos robôs estacionários, o movimento preciso é essencial. Os rolamentos de rolo cruzados são construídos para fornecer alta precisão de rigidez e posicionamento. Essa precisão pode ser otimizada ainda mais e a reação pode ser eliminada, por exemplo, adicionando uma pré -carga leve ou minimizando a folga nas juntas do robô, o que também permite um movimento suave.
• Minimizar o consumo de energia. Quanto menos energia o humanóide precisa para cumprir sua missão, maior a duração da bateria. Os rolamentos de rolo cruzados podem ser projetados sob medida para distribuir cargas com mais eficiência, exibir um torque de rotação mais baixo, minimizar o atrito por meio de separadores, eliminar a reação ou usar materiais mais leves que podem ajudar a reduzir o consumo de energia.
• Considere instalação e montagem. Os CRBs dão às articulações do robô sua capacidade de girar, e a montagem adequada é essencial para garantir a precisão e impedir o desalinhamento, bem como os danos associados aos próprios rolamentos. As opções personalizadas podem incluir caixas especiais, pratos, flanges e orifícios de montagem.
• Especifique os componentes para resistir às condições adversas. Na maioria das aplicações, a liga 52100 oferece boa força e características anti-fadiga. No entanto, alguns humanóides serão implantados em ambientes agressivos, exigindo construção inoxidável resistente à corrosão ou vedações especiais para repelir poeira e sujeira, além de impedir o vazamento de graxa. O cromo preto e os tratamentos de superfície cromada densos finos também fornecem proteção eficaz em muitos ambientes severos.
• Não se esqueça da manutenção. Para situações nas quais não é possível uma graxa tradicional de lubrificação, a IKO recomenda alternativas como um lubrificante de filme seco para reduzir o atrito ou até um lubrificante de cristal líquido para ambientes limpos.

Colabore cedo com seu fornecedor de componentes de movimento

Ao especificar componentes de movimento personalizado para aplicativos de robôs humanóides, é importante entrar em contato com seu fornecedor no início do processo de design para evitar o trabalho extra que pode surgir com o tempo. A IKO usa sua extensa experiência em CRBs, componentes de movimento linear, buchas esféricas e seguidores de cames em soluções personalizadas que abrangem todas as condições e cenários que você espera que seu humanóide encontre.

Trabalhamos com os clientes a cada passo do caminho, incluindo testes e validação da peça personalizada para garantir que ele tenha o desempenho esperado quando o humanóide for trabalhar. Se o componente de movimento destina -se à fabricação, cuidar, manutenção doméstica ou pedidos, a IKO está pronta para ajudá -lo a criar um produto de movimento personalizado que operará de maneira confiável e proporcionará uma vida útil longa e produtiva.

Sobre o autor

Karl Wickenheisser é vice-presidente de vendas e marketing da IKO International Inc., com sede em Parsippany, NJ, é um veterano da indústria de engenheiros e rolamentos licenciado, com mais de 38 anos de experiência internacional na IKO, na Torrington Co., rolamentos de FAG e rolamentos de RBC.

Membro ativo da Associação de Especialistas em Rolamentos (BSA) e da Associação de Distribuidores de Transmissão de Energia (PTDA), Wickenheisser se formou no Instituto de Tecnologia Stevens com um diploma de bacharel em engenharia mecânica (BEME). Ele também tem um MBA da Fairfield University.

A IKO tem 50 anos de experiência em controle de movimento. O empresaOs produtos incluem rolamentos de rolos de agulha, guias lineares de rolagem de movimento, tabelas de posicionamento de precisão, tecnologia do cubo C e componentes da máquina.

Nota do editor: Saiba mais sobre o desenvolvimento de robôs humanóides em Robobusiness 2025, que será nos dias 15 e 16 de outubro em Santa Clara, Califórnia.