Le module d'articulation robotique est le matériel central des robots humanoïdes, actuellement divisé en deux grandes catégories : rotatif et linéaire. Dans les conceptions de robots humanoïdes, le choix implique souvent des compromis basés sur le scénario d'application et le coût de fabrication.

La Différence Fondamentale Entre Actionneurs Linéaires et Rotatifs

Actionneur Rotatif : Solutions Multiples de Réducteurs pour Répondre aux Exigences Fonctionnelles du Corps Humanoïde

• Un actionneur rotatif se compose d'un moteur (moteur à couple sans cadre), d'un réducteur (entraînement harmonique, réducteur planétaire, réducteur à roue cycloïdale), de capteurs (capteur de couple), d'un codeur et de roulements (roulements à rouleaux croisés, roulements à billes à contact oblique).

• Réducteur Planétaire de Précision : Adapté aux parties du corps soumises à des charges élevées et à des impacts forts ; le procédé de fabrication est relativement mature. En termes de technologie et d'équipement de traitement, il peut être mis à jour vers des solutions de machines-outils CNC haute précision.

• Réducteur à Roue Cycloïdale : Caractérisé par une structure combinant un étage planétaire primaire et un étage secondaire à roue cycloïdale, permettant un ajustement flexible pour répondre aux exigences des différentes parties du corps. Il y a une tendance à l'accélération dans la conception et l'itération de nouveaux modèles, certains fabricants développant des procédés ciblés d'allègement.

• Réducteur à Entraînement Harmonique : Un réducteur haute précision et léger, adapté à des emplacements comme les membres supérieurs des humanoïdes. Les innovations dans les procédés de fabrication incluent l'application de découpage fin pour les composants centraux du réducteur et la fabrication de pièces de micro-réducteurs.

Actionneur Linéaire : Moteur + Composants Linéaires - Comment la Poussée/Traction Permet le Mouvement et la Charge du Robot ?

Un actionneur linéaire se compose d'un moteur (moteur à couple sans cadre), d'une vis (vis à rouleaux planétaires, vis à billes) et de capteurs (capteur de couple).

En raison des difficultés d'usinage existantes, les micro-réducteurs pour les mains habiles utilisent principalement des vis à billes ou des vis à rouleaux. Les actionneurs de plus grande taille peuvent utiliser des solutions de vis à rouleaux planétaires.

La technologie des vis à billes est relativement mature ; la difficulté de traitement réside dans l'usinage de la piste intérieure de l'écrou, en particulier pour éviter les interférences de la meule dans les écrous à grands pas.

Les vis à rouleaux planétaires sont classées en type standard, type inverse, etc. Les procédés d'usinage incluent le meulage et le tournage comme substitut au meulage.

Différences dans les Scénarios d'Application des Actionneurs Linéaires et Rotatifs

• Les Actionneurs Rotatifs permettent une rotation autour d'un seul axe, produisant un mouvement de rotation, permettant aux robots humanoïdes d'effectuer diverses actions de rotation angulaire. Ils sont généralement utilisés dans les articulations nécessitant un couple élevé, comme les articulations des épaules, la taille et les articulations de la hanche.

• Perspective de Coût : Dans l'actionneur rotatif, l'entraînement harmonique, le capteur de couple et le moteur à couple sans cadre représentent des parts de coût relativement élevées, environ 36.0%, 30.0% et 13.5% respectivement, représentant collectivement environ 79.5% du coût de l'actionneur rotatif.

• Les Actionneurs Linéaires convertissent le mouvement de rotation du moteur en un mouvement linéaire, offrant une bonne performance de support et une capacité de charge. Ils sont principalement utilisés dans des scénarios avec des charges élevées et de petits angles de mouvement de rotation, comme les genoux, les coudes et les chevilles.

• Perspective de Coût : Dans les actionneurs linéaires, la vis à rouleaux planétaires, le capteur de force et le moteur à couple sans cadre représentent des parts de coût relativement élevées, environ 64.2%, 16.1% et 7.2% respectivement, représentant collectivement environ 87.5% du coût de l'actionneur linéaire.

Avantages et Inconvénients des Actionneurs Linéaires et Rotatifs

Actionneurs Rotatifs : La production et l'application des actionneurs rotatifs sont relativement matures et ont été validées sur le marché mondial. Ils sont adaptés aux articulations à grande rotation comme les épaules et les hanches. Ils offrent une haute efficacité de transmission, et leur précision de transmission peut répondre aux exigences de la plupart des robots humanoïdes. Comparés aux actionneurs linéaires, les actionneurs rotatifs possèdent des caractéristiques dynamiques plus fortes et un haut degré d'intégration.

Actionneurs Linéaires : La vis à rouleaux planétaires dans les actionneurs linéaires peut facilement atteindre une rigidité maintenue et une transmission sans jeu grâce aux écrous préchargés. En raison du contact ligne/surface, les vis à rouleaux planétaires maintiennent une bonne rigidité, ce qui est plus bénéfique pour les opérations délicates et stables des membres supérieurs.

Cependant, les actionneurs linéaires ont des caractéristiques dynamiques plus faibles : En raison du rapport de réduction élevé, la vitesse de sortie est relativement faible sous la même densité de puissance, et la bande passante est étroite, ce qui n'est pas favorable pour réaliser des mouvements hautement dynamiques (comparés aux articulations à réducteur planétaire ou aux entraînements hydrauliques).

De plus, l'intégration du système est relativement faible et les coûts sont élevés. L'extrémité de l'articulation ne peut pas percevoir les forces externes par la méthode de la boucle de courant ; le contrôle de force doit s'appuyer sur un capteur de force supplémentaire installé à l'extrémité de l'articulation, ce qui entraîne une intégration système plus faible et des coûts plus élevés.Actuellement, la configuration RVI (Vis à Rouleaux Planétaires Inversée) utilisée par Tesla présente des défis significatifs en technologie d'usinage.

Les actionneurs linéaires et rotatifs ont chacun leurs avantages en termes de forme de mouvement, caractéristiques structurelles, paramètres de performance et scénarios d'application. Actuellement, les actionneurs rotatifs, en particulier les actionneurs rotatifs à entraînement harmonique, restent le choix dominant sur le marché. Sélectionner le bon actionneur est une décision clé dans la recherche et le développement des robots humanoïdes.