Хотя роботы день ото дня становятся все более разнообразными и способными, один из основных составляющих компонентов не сильно изменился за последние полвека – это их приводы. Неужели пришло время для изменений и в этой области?
В конструкции большинства роботов используется электродвигатель, соединенный с коробкой передач для перемещения каждого из колес и шарниров. Двигатель вращается быстро, а коробка передач снижает скорость вращения выходного вала и увеличивает крутящий момент. Приводы подобного типа приводят в действие роботов, а также промышленные манипуляторы и марсоходы. Но такие мотор-редукторы далеко не совершенны: они часто бывают громоздкими и медлительными, не выдерживают ударов и требуют периодического обслуживания. Робототехники давно надеются найти им более оптимальные альтернативы.
И вот канадский стартап Genesis Robotics заявил о том, что хочет заменить обычные двигатели специальным, крутящий момент и скорость которого можно регулировать более точно. Поскольку такой двигатель может вращаться гораздо более медленно, иногда его можно будет использовать для управления сочленениями робота, вообще не используя зубчатую передачу. Поэтому такая конструкция известна как прямой привод, хотя во многих случаях эти двигатели все-таки соединены через блоки с минимальным передаточным коэффициентом.
По своей конструкции прямые приводы ничем не отличаются от бесщеточных двигателей постоянного тока, состоящих из ротора с постоянными магнитами и статора с медными обмотками. Но в то время, как двигатели постоянного тока обычно имеют менее дюжины магнитов и обмоток, в прямых приводах их в несколько раз больше.
Одно преимущество прямого привода перед редукторными двигателями состоит в том, что вы можете более точно контролировать их крутящий момент, регулируя ток в обмотке, без дорогостоящих датчиков усилия. Прямые приводы также имеют очень низкую инерцию, поэтому они могут быстро ускоряться и почти мгновенно останавливаться или менять направление, без люфта при отсутствии зубчатых муфт.
Так почему же они не находят широкого применения в роботах?
Робототехники изучают этот тип привода, по крайней мере, с 1980-х годов. Он уже используется в высокоскоростном оружии и тактильных устройствах, а ряд поставщиков предлагает прямые приводы и для роботов. Проблема заключается в том, что эти двигатели довольно большие. Если сделать их компактными, то крутящий момент будет снижаться. Другими словами, двигатели могут хорошо вписаться в большого робота, но они будут недостаточно мощными, чтобы заставить его двигаться. Другим недостатком прямых приводов является повышенное выделение тепла, а это значит, что нужны системы воздушного или даже водяного охлаждения.
В Genesis говорят, что решили эти проблемы, упростив геометрию ротора и статора, чтобы уменьшить количество деталей и объединить их настолько плотно, насколько это возможно. Конструкция способна противостоять усиленным магнитным силам внутри двигателя, в то же время обеспечивая эффективное рассеивание тепла.
Инженеры Genesis Robotics утверждают, что фирменная конструкция LiveDrive может выдавать повышенный в три раза крутящий момент, в сравнении с обычным прямым приводом того же веса, и действовать в 100 раз точнее, а стоить намного дешевле.
Публичные демонстрации на выставках в целом произвели положительное впечатление на наблюдателей, и Genesis в настоящее время сотрудничает с исследователями, чтобы улучшить свои моторные характеристики.
Тем не менее понятно, что большинству роботов потребуется больший крутящий момент, чем может обеспечить только LiveDrive. Вот почему Genesis создал свою коробку передач Reflex. Он основан на конфигурации планетарных шестерен, причем меньшие шестерни вращаются вокруг большей. Такая конструкция приводит к более гибкому, отзывчивому приводу по сравнению с теми, которые используются в многоступенчатых системах зубчатых передач.
Изначально Reflex будет изготавливаться из металла, но цель состоит в том, чтобы изготовить его из пластмассы, существенно снизив цену по сравнению с существующими зубчатыми передачами, высокая стоимость которых является основной причиной, по которой робототехническое оборудование обходится так дорого.
Комментарии
(0) Добавить комментарий