Les composants optimisés étendent les possibilités de mouvement pour les robots humanoïdes

Les robots humanoïdes ont besoin des bons composants de mouvement pour répondre aux exigences de performance, explique Iko. Source: Adobe Stock

Les robots humanoïdes devraient transformer un large éventail d’activités, grâce à des réseaux de neurones avancés qui commandent des joints, des appendices et des effecteurs finaux pour fournir des compétences pratiquement humaines. Cependant, l’adoption croissante des humanoïdes ne serait pas possible sans composants de mouvement avancés conçus pour s’adapter à leurs tâches et environnements.

Certains des marchés croissants incluent les soins de santé, la vente au détail et l’hospitalité, la fabrication, la manutention des matériaux et la logistique, pour n’en nommer que quelques-uns. En fait, le humanoïde Le potentiel du marché devrait atteindre jusqu’à 38 milliards de dollars de ventes d’ici 2035, selon Recherche Goldman Sachs.

Examinons certains des éléments de conception que vous devez trier pour spécifier le bon composant de mouvement et l’optimiser pour les tâches et les environnements prévus d’un robot.

Les tâches humanoïdes nécessitent un mouvement précis et contrôlé

Bien que les systèmes mécaniques dans les humanoïdes auront probablement besoin de composants optimisés pour effectuer des tâches dans leur environnement planifié, il est important de savoir ce que les produits standard peuvent faire pour votre mouvement système Avant de s’engager dans un composant personnalisé.

À partir de là, vous pouvez apporter vos exigences spéciales à un spécialiste des composants de mouvement avec une expérience éprouvée en modifiant les produits standard pour relever les défis des applications. Voici quelques éléments de mouvement humanoïdes communs ainsi que quelques composants standard qui sont bien adaptés à la tâche, en utilisant les produits IKO comme exemples:

• Mouvement de la hanche, des articulations, du coude ou du poignet. Il n’y a pas de composant plus important dans les humanoïdes que les roulements à rouleaux croisés (CRBS). Avec des rouleaux croisés alternativement à angle droit les uns aux autres entre leurs anneaux intérieurs et extérieurs, les CRB peuvent gérer les charges radiales, poussées et moment en même temps. Cet arrangement permet aux rouleaux de contacter un plus grand contact avec le chemin de course, de sorte que les actionneurs robotiques dans les coudes, les hanches et les autres articulations peuvent manipuler des charges lourdes avec une plus grande stabilité et une plus grande précision de rotation – le tout dans une taille compacte. Sans surprise, un humanoïde typique a entre 14 et 20 CRB pour remplir diverses fonctions.

Les roulements à rouleaux croisés CRBT et CRBTF ne mesurent que 5,5 mm de haut et 5 mm de large. Source: Iko

• Mouvement linéaire contrôlé. Guides de roulement de mouvement linéaire Venez dans un large éventail de tailles, ce qui les rend adaptés à différentes parties d’un corps humanoïde. Par exemple, Grippers et effecteurs finaux que les doigts imitables sont souvent utilisés pour saisir des objets et, par conséquent, doivent s’ouvrir et se fermer avec la précision. Les guides de roulement de mouvement linéaire sont essentiels pour cueillir et placer des tâches en donnant aux doigts des robots juste la bonne force de serrage pour manipuler l’objet tout en leur permettant d’être suffisamment agiles pour éviter d’endommager l’objet.

Un tel guide, Iko’s Série MLest disponible dans certaines des plus petites tailles de l’industrie, tandis que la LWL est disponible avec une largeur de seulement 1 mm (0,03 po). Beaucoup de ses roulements possèdent une conception de type balle recirculation pour fournir un mouvement contrôlé précis.

Les guides de roulement de mouvement linéaire de la série ML sont disponibles dans certaines des plus petites tailles de l’industrie, affirme Iko. Source Iko

Les guides IKO sont également disponibles en versions longues standard et très rigides qui peuvent être conçues dans le torse, les bras ou les jambes d’un robot pour étendre sa portée, par exemple, à accéder aux étagères élevées. Ces guides peuvent même être utilisés dans le cou d’un robot pour permettre à la tête de regarder au-dessus ou autour des obstacles pour mieux «voir» son environnement.

• Roulements sphériques – également connu sous le nom de bagues – stabiliser les membres humanoïdes alors qu’ils pivotent et simulent les actions humaines. Par exemple, de nombreux humanoïdes ont une tige à l’arrière du pied qui se connecte à la plaque de base. Avec des roulements sphériques dans ce type de conception, les pieds et les chevilles peuvent tourner, tourner ou se pencher vers l’avant ou vers l’arrière.
• Gipping et tournant des objets. Followers de CAM sont souhaitables dans de nombreuses conceptions internes qui ont besoin d’une pièce pour monter sur une came et peuvent être montées au-dessus d’un arc circulaire pour fournir plus de degrés de liberté.

Iko a déclaré qu’il offre à certains des plus petits abonnés de la CAM du marché, y compris des unités avec des diamètres de goujon aussi petits que 1,4 mm (0/05 po). Ces composants ont également une conception interne qui gère les charges de poussée sans dégradation significative du produit.

Les guides linéaires peuvent aider un robot humanoïde à étendre sa portée. Source: Iko

Les améliorations des performances impliquent des compromis de mouvement

Étant donné que les robots humanoïdes sont conçus pour occuper les mêmes environnements que les gens et manipuler des objets de taille uniforme tels que les bacs d’entrepôt, il peut être facile de penser que les composants de mouvement standard sont nécessaires. Mais une fois que vous avez décidé du type de composant dont vous avez besoin, la seule limite pour améliorer les performances de votre système est votre capacité à optimiser vos objectifs de mouvement.

En ce qui concerne les améliorations des performances, il est important de se rappeler que les conceptions humanoïdes sont livrées avec des compromis qui posent généralement des questions difficiles. Demandez à un fournisseur de composants de mouvement de confiance d’évaluer vos besoins, de vous conseiller de vos options et d’aider à fournir des réponses. Par conséquent, il est avantageux de travailler en étroite collaboration avec votre fabricant de composants, surtout lorsque vos objectifs de conception humanoïde incluent:

• Contrôle de mouvement. Tout joint qui doit pivoter, tourner, tourner ou osciller nécessitera des composants de mouvement. Mais pour imiter les mouvements humains, diverses articulations et actionneurs devront travailler avec un contrôle de mouvement efficace. Par exemple, voici comment votre fabricant de composants de mouvement peut vous aider à résoudre les problèmes liés à la réalisation de haute précision et de rotation en douceur dans une articulation robotique traditionnelle:
  Bien que deux roulements à section mince puissent faire le travail, ils consommeront une grande quantité d’espace et viendront avec un coût élevé. IKO CRBS peut éliminer le système à deux portions. Ils intègrent deux roulements dans une seule plate-forme via des rouleaux disposés dans un motif «x», leur permettant de gérer simultanément les grands tâches axiales, radiales et de moment pour effectuer des tâches complexes tout en économisant un espace. Les personnalisations peuvent inclure des brides supplémentaires ou différents modèles de boulons pour simplifier l’installation.

Les composants sans maintenance gardent les humanoïdes en mouvement

Dans les humanoïdes, comme pour tout appareil avec des systèmes de mouvement, le maintien des roulements et d’autres composants correctement lubrifiés est une préoccupation clé. De nombreux humanoïdes devraient répéter les tâches plusieurs milliers de fois sans détérioration des pièces mobiles. Et, ces pièces sont généralement intégrées dans des espaces serrés.

IKO résout ce problème avec C-Lube – un élément de lubrification intégré à de nombreux produits, notamment des guides linéaires et des abonnés de came. Dans les guides linéaires, C-Lube fournit l’huile de lubrification aux surfaces de ses éléments roulants sans contacter le rail de piste. Ce système de lubrification intégré peut fonctionner sans entretien pendant cinq ans ou 12 500 mi. (20 116,8 km) et au-delà. Ensemble, les composants C-Lube offrent des performances de longue durée et sans entretien afin que vos robots humanoïdes resteront en mouvement.

• S’adapter à l’environnement de travail existant. Des stratégies avancées de contrôle de mouvement sont également parfois nécessaires pour faire fonctionner un humanoïde dans un environnement de travail distinct. Supposons qu’un robot doit gérer un objet à une hauteur ou une profondeur d’étagère qu’une personne peut ne pas être en mesure d’atteindre. Le fabricant de composants de mouvement droit peut ajouter des mécanismes d’étendue linéaires aux bras ou aux jambes, ou modifier un torse pour créer une structure physique qui peut surmonter les limites physiques d’un humain et s’adapter à un environnement de travail plus complexe.
• Minimiser les exigences de maintenance. La réduction et la prévision des besoins de maintenance sont des aspects importants lors de la conception de systèmes de mouvement qui devront effectuer de manière cohérente des dizaines de milliers de fois sans dégradation. Alors que certains composants avec des capteurs intégrés peuvent, par exemple, alerter les opérateurs de dommages mécaniques, IKO s’efforce de fabriquer des produits sans entretien pendant la durée de vie de l’application.

C-Lube est un système de lubrification intégré pour les guides linéaires. Source: Iko

Les composants personnalisés donnent à des humanoïdes gratuits de mouvement

Étant donné que les robots humanoïdes sont destinés à se déplacer librement alors qu’ils assument leurs tâches et environnements, les composants de mouvement personnalisés sont essentiels pour faciliter le mouvement ainsi que l’optimisation de la productivité et de la fiabilité. Lorsque vous développez une solution personnalisée pour votre robot humanoïde, gardez certaines de ces meilleures pratiques – en utilisant des roulements à rouleaux croisés comme exemple – à l’esprit. N’oubliez pas que les humanoïdes peuvent contenir jusqu’à deux douzaines de CRB.

• Assurer la précision du mouvement. Comme c’est le cas avec les robots stationnaires, un mouvement précis est essentiel. Des roulements à rouleaux croisés sont construits pour fournir une rigidité élevée et une précision de positionnement. Cette précision peut être optimisée davantage et le contrecoup peut être éliminé, par exemple, en ajoutant une précharge légère ou en minimisant le dégagement dans les joints du robot, ce qui permet également un mouvement lisse.
• Minimiser pouvoir consommation. Moins il faut de l’énergie, l’humanoïde a besoin pour remplir sa mission, plus la durée de vie de la batterie est longue. Les roulements à rouleaux croisés peuvent être conçus sur mesure pour distribuer des charges plus efficacement, présentant un couple de rotation plus faible, minimiser le frottement via des séparateurs, éliminer le contrecoup ou utiliser des matériaux plus légers qui peuvent tous aider à réduire la consommation d’énergie.
• Envisagez l’installation et l’assemblage. Les CRB donnent aux articulations des robots leur capacité à pivoter, et un montage approprié est essentiel pour assurer la précision et empêcher le désalignement ainsi que les dommages associés aux roulements eux-mêmes. Les options personnalisées peuvent inclure des boîtiers spéciaux, des assiettes, des brides et des trous de montage.
• Spécifiez les composants pour résister à des conditions difficiles. Dans la plupart des applications, l’alliage 52100 offre une bonne résistance et des caractéristiques anti-fatie. Cependant, certains humanoïdes seront déployés dans des environnements difficiles, nécessitant une construction en acier inoxydable résistante à la corrosion ou des phoques spéciaux pour repousser la poussière et la saleté ainsi que pour prévenir les fuites de graisse. Le chrome noir et les traitements de surface chromés denses minces offrent également une protection efficace dans de nombreux environnements difficiles.
• N’oubliez pas la maintenance. Pour les situations dans lesquelles une graisse lubrifiante traditionnelle n’est pas possible, IKO recommande des alternatives telles qu’un lubrifiant de film sec pour réduire le frottement ou même un lubrifiant à cristaux liquides pour des environnements propres.

Collaborer tôt avec votre fournisseur de composants de mouvement

Lorsque vous spécifiez des composants de mouvement personnalisés pour les applications de robot humanoïde, il est important de contacter votre fournisseur au début du processus de conception pour éviter le travail supplémentaire qui peut survenir au fil du temps. IKO utilise sa vaste expertise sur les CRB, les composants de mouvement linéaire, les bagues sphériques et les adeptes de came dans des solutions personnalisées qui englobent toutes les conditions et scénarios que vous attendez de votre humanoïde.

Nous travaillons avec les clients à chaque étape, y compris les tests et la validation de la partie personnalisée pour s’assurer qu’il fonctionne comme prévu lorsque l’humanoïde va travailler. Si le composant de mouvement est destiné à fabrication, soignant, maison entretien, ou épanouissant ORDERS, IKO est prêt à vous aider à créer un produit de mouvement personnalisé qui fonctionnera de manière fiable et offrira une longue durée de vie productive.

À propos de l’auteur

Karl Wickenheisser est vice-président des ventes et du marketing chez Parsippany, IKO International Inc., basé au NJ, il est un ingénieur professionnel agréé et un vétéran de l’industrie des roulements avec plus de 38 ans d’expérience internationale chez IKO, The Torrington Co., Fag Bearings et RBC.

Membre actif de la Bearing Specialist Association (BSA) et de Power Transmission Distributeurs Association (PTDA), Wickenheisser est diplômé du Stevens Institute of Technology titulaire d’un baccalauréat en génie mécanique (BEME). Il a également un MBA de l’Université de Fairfield.

Iko a 50 ans d’expérience dans le contrôle de mouvement. Le entrepriseLes produits comprennent des roulements à rouleaux à aiguille, des guides de roulement de mouvement linéaire, des tables de positionnement de précision, de la technologie C-Lube et des composants de la machine.

Note de l’éditeur: En savoir plus sur le développement de robots humanoïdes à Robobusiness 2025, qui aura lieu les 15 et 16 octobre à Santa Clara, en Californie.