Robotların geliştirilmesinde tek bir temel teknoloji çok önemlidir: insansı robot alanında rulmanların uygulanması. İnsansı robotların temel bileşeni olan rulmanlar, ana bileşenlerin değerinin yaklaşık %5,5'ini oluşturur. Farklı tipteki rulmanlar robotun çeşitli kısımlarında yeri doldurulamaz roller oynar.
Ⅰ Redüktörlerdeki Rulmanlar
Redüktör, insansı bir robottaki, insan eklemiyle karşılaştırılabilecek temel güç aktarım mekanizmasıdır. Hassas redüktör, güç kaynağını ve aktüatörü bağlayan bir ara cihazdır. İşlevi, servo motorun yüksek hızını azaltmak, dişli azaltma oranları yoluyla servo motorun orijinal torkunu yükseltmek ve yüksek sertlikte tutma ve yüksek-hassas konumlandırma sağlamaktır. İnsansı robot redüktörleri temel olarak harmonik redüktörleri, RV redüktörlerini ve planet redüktörleri içerir. Farklı tipteki redüktörlerin rulmanlar için farklı gereksinimleri vardır:
1. RV Redüktör Rulmanları:
Döner vektör redüktörler olarak da bilinen RV redüktörleri, bir ön-kademe planeter dişli redüktörü ve bir arka-kademe sikloidal fırıldak redüktörü içerir. Bu iletim yöntemi, klasik pimli-sarkaçlı gezegensel iletim teknolojisine dayanan daha ileri bir gelişmedir. Kompakt boyut, hafiflik, geniş aktarım oranı, uzun hizmet ömrü, istikrarlı hassas bakım, yüksek verimlilik ve sorunsuz aktarım performansı gibi çok sayıda avantajı birleştirir.
RV redüktör üç tür yatak kullanır: ana yatak (çıkış mili) için ince-duvarlı eğik bilyalı rulman, eksantrik şaft konumlandırması ve ana gövde desteği için ince-duvarlı konik makaralı rulman, sikloidal dişli desteği için silindirik bir makara (iğneli makara), bir kafes düzeneği ve dişli desteği için ince-duvarlı sabit bilyalı rulman.
2. Harmonik Redüktör Rulmanları
Robotların döner eklemlerinde öncelikle harmonik redüktörler kullanılır. Üretim teknolojileri harmonik aktarıma dayanmaktadır. Harmonik redüktör, dört temel bileşenden oluşan mekanik bir iletim sistemidir: bir dalga üreteci (esnek yatak), çapraz makaralı rulmanlar (sert yatak), harici dişli halkalı esnek bir dişli (esnek tekerlek) ve sert bir dişli (sert tekerlek).
① Çapraz Makaralı Rulmanlar
Harmonik redüktörler için çok yönlü yüklere dayanabilen ve yüksek hassasiyet ve sağlamlık sunan çeşitli çapraz makaralı rulman serileri mevcuttur. Harmonik redüktörler için özel olarak tasarlanan çapraz makaralı rulmanlar, uygulama ortamlarına bağlı olarak iki ana kategoriye ayrılabilir: bölünmüş dış bileziğe sahip olanlar ve entegre iç bileziğe sahip olanlar. Bu rulmanların yuvarlanma elemanları, V- şeklindeki bir yuvarlanma yolunda 90 derecelik dik açıyla düzenlenmiş silindirik makaralardır. Bu tasarım, rulmanın eksenel, radyal ve devrilme momentleri de dahil olmak üzere birden fazla yönden gelen yüklere aynı anda dayanabilmesini sağlar. Ayrıca bu rulmanlar yüksek hassasiyet, yüksek sertlik ve mükemmel kompozit yük- taşıma kapasitesi sergiler ve bu da onları harmonik redüktörlerin vazgeçilmez bir bileşeni haline getirir.
② Esnek Rulmanlar Harmonik redüktörler için özel olarak tasarlanmış esnek rulmanlar, geleneksel rulmanlardan farklıdır. Bunlar, daha ince bir dış bileziğe sahip, ince-duvarlı bilyalı rulmanlardır, bu da onları radyal deformasyona yatkın hale getirir. İnce duvarlarına rağmen son derece esnek kalırlar ve kararlı çalışmayı sağlamak için yüksek-kaliteli malzemeler kullanırlar. Harmonik redüktörlere yönelik bu esnek rulmanlar, mükemmel stres-taşıma kapasitesine sahiptir. Göreceli olarak ince duvar tasarımlarına rağmen kamlarla etkileşimlerinde bir dereceye kadar esneklik sağlayarak, değişen bükülme ve tork gerilimlerine etkili bir şekilde dayanırlar. Hem iç hem de dış halkalar ile yuvarlanma elemanları, yüksek-kaliteli, yüksek{-karbonlu krom rulman çeliğinden yapılmıştır ve harmonik redüktörün harmonik jeneratör bölümündeki yatağın stabil ve verimli çalışmasını sağlayan entegre bir naylon tutucuyla donatılmıştır.
Harmonik redüktörler tipik olarak bir çapraz makaralı rulman ve bir esnek rulman kullanır.
3. Planet Dişli Redüktörü
Planet dişli redüktör en verimli dişli aktarım yapısıdır. Planet dişli aktarım mekanizması esas olarak planet dişlilerden, planet taşıyıcıdan ve güneş dişlisinden oluşur. Hassas bir planeter redüktörde, servo motor gibi bir ana hareket ettirici genellikle güneş dişlisini dönmeye yönlendirir. Güneş dişlisinin planet dişlilere geçmesi, planet dişlilerin dönmesini sağlar. Eş zamanlı olarak, planet dişlinin diğer tarafı redüktör mahfazasının iç duvarındaki bir halka dişliye geçtiği için, kendi dönüşleriyle tahrik edilen planet dişliler, güneş dişlisinin dönüşüyle aynı yönde çember dişli üzerinde yuvarlanarak güneş dişlisi etrafında "devrim niteliğinde" bir hareket oluşturacaktır. Güneş dişlisi ile çevre dişlisi arasındaki diş sayısı farkı hız düşürme amacına ulaşmaktadır.
Gezegensel redüktör, motorun yüksek-hızdaki dönüşünü düşük-hızlı, yüksek-tork çıkışına dönüştürür; bu, robotların alt uzuvlar (ör. kalça ve diz eklemleri) gibi-yüksek-hassas olmayan parçalarının iletim ihtiyaçlarına uygundur. Planet dişlilerin güneş dişlisi boyunca dönmesi ve dönmesi için tahrik edilmesiyle, güç sonuçta planet taşıyıcı tarafından üretilir. Basit bir yapıya, düşük maliyete ve yüksek yük-taşıma kapasitesine sahiptir.
Tesla Optimus Gen-2 robotunu örnek alırsak, gezegensel redüktöründe sabit bilyalı rulmanlar ve iğneli rulmanlar kullanılıyor. Sabit bilyalı rulmanlar daha küçük radyal ve eksenel yüklere dayanmak için kullanılırken, iğneli rulmanlar yüksek hızlarda döndüklerinde planet dişlilerin oluşturduğu büyük radyal yüklere dayanmak için kullanılır.
II. İnsansı Robotlardaki Diğer Rulmanlar
1. Doğrusal Aktüatörler: Dört-Nokta Temaslı Rulmanlar
Dört-nokta temaslı rulmanlar, bilyalı rulmanın çelik bilyalarının iç ve dış halkalara dört noktada temas ettiği ve iki-nokta temas durumu elde ettiği bilyalı rulmanlar kullanır. Bu onların çift yönlü eksenel yüklere ve belirli bir oranda radyal yüklere dayanmalarını sağlar. Kompozit iç halka tasarımı daha fazla bilya barındırarak yük-taşıma kapasitesini artırır; bölünmüş yapı kurulumu kolaylaştırır ve alanı-kısıtlı olan bağlantı noktaları için uygundur. Temas açısı tipik olarak 35 derece veya 45 derecedir ve eksenel açıklık küçüktür, böylece yüksek hız sınırlaması ve sertlik sağlanır.
Dört-nokta temaslı rulmanlar, yüksek-hassas hareket elde etmek için çapraz makaralı rulmanlarla birlikte döner bağlantılarda ve doğrusal aktüatörlerde yaygın olarak kullanılır.
2. Kendiliğinden-Yağlamalı Mafsal Yatakları: Kendiliğinden-yağlamalı yataklar, bimetalik kompozit malzemeler veya katı yağlayıcılar aracılığıyla, 0,08 kadar düşük bir sürtünme katsayısıyla düşük-sürtünme hareketi elde eder ve aynı zamanda yüksek aşınma direncine sahiptir (hizmet ömrü 10.000 saati aşar). İnsansı robotlarda çoğunlukla bakım gerektirmeyen çalışma, yüksek yük kapasitesi ve uzun kullanım ömrüne sahip, yüksek-frekanslı hareketler ve mikron-seviyesinde hassasiyet gereksinimlerini karşılayan ortak modüllerde kullanılırlar. Örneğin, Changsheng Bearing'in kendi kendini-yağlayan kaymalı yatakları, Unitree Robotics'in insansı robotlarının ortak modüllerine uygulanarak %80'in üzerinde bir penetrasyon oranına ulaşıldı ve bu da onları tek tedarikçi haline getirdi.
Robotlardaki kendinden-yağlamalı yatakların diğer uygulamaları:
Redüktör dişli setleri: Yüksek-hassas şanzıman gereksinimlerini karşılar ve hareket stabilitesini sağlar.
Ortak bağlantılar: Ağır yükleri taşıma ve yüksek-hızda çalışma, enerji tüketimini azaltır.
Vidalı tahrik sistemleri: Mikron-düzeyinde hareket hassasiyetine uyum sağlayarak genel esnekliği artırır.
Özet: İnsansı robotların teknolojik piramidinde rulmanlar, küçük de olsa, üst ve alt katmanları birbirine bağlayan çok önemli bir çekirdektir. Yalnızca fiziksel bir bağlayıcı değil, aynı zamanda performansı etkinleştiren bir öğedir ve önemi üç açıdan ortaya çıkar: **Hareket hassasiyetinin temel taşı:** Yüksek-hassas, yüksek-sert rulmanlar her robot hareketinin düzgünlüğünü, doğruluğunu ve stabilitesini sağlar. Becerikli ellerin mikro-manipülasyonundan bacak eklemlerinin güçlü desteğine kadar, yataklardaki en küçük hatalar bile güçlendirilerek robotun genel hareket performansının doğrudan belirlenmesi sağlanır.
**Yük-taşıma kapasitesi ve kullanım ömrü garantisi:** İnsansı robotların dinamik ortamlarda karmaşık çok-boyutlu yüklere dayanması gerekir. Özel-ince duvarlı eğik bilyalı rulmanlar, çapraz makaralı rulmanlar ve diğer hafif tasarımlar, üstün devrilme önleme yetenekleri ve yorulma mukavemeti sağlayarak robotun-uzun vadeli, güvenilir çalışmasının temel taşını oluşturur.
**Enerji verimliliği ve entegrasyonun anahtarı:** Düşük-sürtünmeli rulmanlar güç kaybını azaltır, enerji verimliliğini artırır ve dolaylı olarak robotun dayanıklılığını artırır. Eş zamanlı olarak, kompakt rulmanların (dört-nokta temaslı bilyalı rulmanlar gibi) ortaya çıkışı, robot eklem tasarımında değerli alan tasarrufu sağlayarak daha yüksek düzeyde entegrasyona olanak sağlar.
