로봇 개발에 있어 핵심 기술 중 하나가 중요한데, 바로 휴머노이드 로봇 분야에 베어링을 적용하는 것이다. 베어링은 휴머노이드 로봇의 핵심 부품으로 주요 부품 가치의 약 5.5%를 차지한다. 다양한 유형의 베어링은 로봇의 다양한 부분에서 대체할 수 없는 역할을 합니다.
Ⅰ 감속기의 베어링
감속기는 인간의 관절과 유사한 휴머노이드 로봇의 핵심 동력 전달 메커니즘입니다. 정밀감속기는 동력원과 액츄에이터를 연결하는 중간장치입니다. 그 기능은 서보 모터의 고속을 줄이고, 기어 감속비를 통해 서보 모터의 원래 토크를 증폭시키며, 높은 강성 유지 및 고정밀 위치 결정을 제공하는 것입니다-. 휴머노이드 로봇 감속기에는 주로 하모닉 감속기, RV 감속기 및 유성 감속기가 포함됩니다. 다양한 유형의 감속기에는 베어링에 대한 요구 사항이 다릅니다.
1. RV 감속기 베어링:
회전 벡터 감속기라고도 알려진 RV 감속기에는 전단 유성 기어 감속기와-후단 사이클로이드 바람개비 감속기가 포함됩니다. 이 전송 방법은 고전적인 핀-진자 행성 전송 기술을 기반으로 한 추가 개발입니다. 컴팩트한 크기, 경량, 넓은 변속비, 긴 수명, 안정적인 정밀 유지, 고효율, 부드러운 변속 성능 등 다양한 장점을 결합한 제품입니다.
RV 감속기는 세 가지 유형의 베어링을 사용합니다. 즉, 메인 베어링(출력 샤프트)을 위한 얇은 벽의 앵귤러 콘택트 볼 베어링({0}}), 편심 샤프트 위치 결정 및 본체 지지를 위한 얇은 벽의 테이퍼 롤러 베어링, 사이클로이드 기어 지지를 위한 원통형 롤러(니들 롤러), 케이지 어셈블리, 기어 지지를 위한 얇은 벽의 깊은 홈 볼 베어링({2}})입니다.
2. 고조파 감속기 베어링
로봇의 회전 조인트는 주로 하모닉 감속기를 사용합니다. 이들의 제조 기술은 고조파 전송을 기반으로 합니다. 하모닉 감속기는 파동 발생기(플렉시블 베어링), 크로스 롤러 베어링(강성 베어링), 외부 기어 링이 있는 플렉서블 기어(플렉시블 휠) 및 강성 기어(강성 휠)의 4가지 기본 구성 요소로 구성된 기계적 전달 시스템입니다.
① 크로스롤러베어링
다방향 하중을 견딜 수 있고 높은 정밀도와 강성을 제공하는 다양한 시리즈의 하모닉 감속기용 크로스 롤러 베어링이 있습니다. 하모닉 리듀서용으로 특별히 설계된 크로스 롤러 베어링은 적용 환경에 따라 분할 외부 링이 있는 베어링과 일체형 내부 링이 있는 베어링의 두 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다. 이 베어링의 롤링 요소는 V- 모양의 궤도에 90도 수직 각도로 배열된 원통형 롤러입니다. 이 설계를 통해 베어링은 축방향, 반경 방향 및 전복 모멘트를 포함한 여러 방향의 하중을 동시에 견딜 수 있습니다. 또한, 이러한 베어링은 높은 정밀도, 높은 강성 및 우수한 복합 하중-지지 능력을 나타내므로 하모닉 감속기의 필수 구성 요소입니다.
② 플렉서블 베어링 하모닉 감속기를 위해 특별히 설계된 플렉서블 베어링은 기존 베어링과 다릅니다. 이 베어링은 외부 링이 더 얇고-벽이 얇은 볼 베어링이므로 반경방향 변형이 발생하기 쉽습니다. 얇은 벽에도 불구하고 유연성이 뛰어나고 고품질 소재를 사용하여 안정적인 작동을 보장합니다. 고조파 감속기용 유연한 베어링은 우수한 응력-내력을 보유합니다. 상대적으로 얇은 벽 설계에도 불구하고 캠과의 상호 작용에 있어 어느 정도의 유연성을 유지하면서 교차 굽힘 및 토크 응력을 효과적으로 견딜 수 있습니다. 내부 및 외부 링과 롤링 요소 모두 고품질의 고품질-탄소 크롬 베어링강으로 만들어졌으며 일체형 나일론 리테이너가 장착되어 있어 고조파 감속기의 고조파 발생기 섹션에서 베어링의 안정적이고 효율적인 작동을 보장합니다.
하모닉 감속기는 일반적으로 하나의 크로스 롤러 베어링과 하나의 유연한 베어링을 사용합니다.
3. 유성기어 감속기
유성 기어 감속기는 가장 효율적인 기어 전달 구조입니다. 유성기어 전동기구는 크게 유성기어, 유성캐리어, 선기어로 구성된다. 정밀 유성 감속기에서는 일반적으로 서보 모터와 같은 원동기가 선 기어를 구동하여 회전합니다. 태양기어와 유성기어의 맞물림으로 인해 유성기어가 회전하게 됩니다. 동시에 유성기어의 반대쪽은 감속기 하우징 내벽의 링기어와 맞물리므로 자체 회전에 의해 구동되는 유성기어는 태양기어의 회전과 동일한 방향으로 링기어 위에서 굴러가며 태양기어 주위에 "혁명적인" 운동을 형성합니다. 선기어와 링기어의 잇수 차이는 감속 목적을 달성합니다.
유성 감속기는 모터의 고속-회전을 저속, 높은-토크 출력으로 변환하여 하지(예: 고관절 및 무릎 관절)와 같은 로봇의 비-고정밀-부품 전달 요구에 적합합니다. 유성 기어를 구동하여 태양 기어를 통해 회전하고 공전함으로써 궁극적으로 유성 캐리어에 의해 동력이 출력됩니다. 구조가 간단하고 비용이 저렴하며 내하중-이 높은 것이 특징입니다.
Tesla Optimus Gen-2 로봇을 예로 들면 유성 감속기는 깊은 홈 볼 베어링과 니들 롤러 베어링을 사용합니다. 깊은 홈 볼 베어링은 작은 레이디얼 하중과 축 하중을 견디는 데 사용되며, 니들 롤러 베어링은 유성 기어가 고속으로 회전할 때 발생하는 큰 레이디얼 하중을 견디는 데 사용됩니다.
II. 휴머노이드 로봇의 기타 베어링
1. 선형 액추에이터: 4개의-점 접촉 베어링
4점 접촉 베어링은 볼 베어링의 강철 볼이 내륜과 외륜의 4점에서 접촉하여 2점 접촉 상태를 이루는 볼 베어링을 사용합니다. 이를 통해 양방향 축방향 하중과 특정 비율의 반경방향 하중을 견딜 수 있습니다. 복합 내부 링 설계는 더 많은 볼을 수용하여 하중-지탱 능력을 높입니다. 분할 구조는 설치가 용이하고 공간이 제한된 조인트에 적합합니다.- 접촉각은 일반적으로 35도 또는 45도이며 축방향 틈새가 작아 고속 제한 및 강성을 제공합니다.
4점 접촉 베어링은 고정밀 모션을 달성하기 위해 교차 롤러 베어링과 함께 회전 조인트 및 선형 액추에이터에 일반적으로 사용됩니다.{1}}
2. 자기-윤활 조인트 베어링: 자기-윤활 베어링은 바이메탈 복합 재료 또는 고체 윤활제를 통해 낮은-마찰 운동을 달성하며 마찰 계수는 0.08로 낮으면서도 높은 내마모성을 제공합니다(사용 수명 10,000시간 초과). 휴머노이드 로봇에서는 관절 모듈에 주로 사용되며, 유지 관리가 필요 없는 작동, 높은 부하 용량, 긴 수명을 특징으로 하며 높은{9}}빈도 이동 및 미크론{10}}수준의 정밀도 요구 사항을 충족합니다. 예를 들어, Changsheng Bearing의 자체 윤활 슬라이딩 베어링은 Unitree Robotics의 휴머노이드 로봇의 조인트 모듈에 적용되어 80% 이상의 보급률을 달성하여 독점 공급업체가 되었습니다.
로봇에 자체 윤활 베어링을 적용하는-기타 용도:
감속기 세트: 고정밀 전송 요구사항을 충족하고 동작 안정성을 보장합니다.-
조인트 연결: 무거운 하중과 고속 작동을 견디며{0}}에너지 소비를 줄입니다.
스크류 드라이브 시스템: 마이크론- 수준의 모션 정밀도에 적응하여 전반적인 유연성을 향상시킵니다.
요약: 휴머노이드 로봇의 기술 피라미드에서 베어링은 작지만 상하층을 연결하는 중요한 핵심입니다. 이는 단순한 물리적 커넥터일 뿐만 아니라 성능을 가능하게 하는 요소이기도 하며 그 중요성은 다음 세 가지 측면에서 나타납니다. **모션 정밀도의 초석:** 고정밀-고강성 베어링은 모든 로봇 움직임의 부드러움, 정확성 및 안정성을 보장합니다. 능숙한 손의 미세한 조작부터 다리 관절의 강력한 지지력까지, 베어링의 미세한 오차도 증폭되어 로봇의 전반적인 모션 성능을 직접적으로 결정합니다.
**하중-지탱 능력 및 수명 보장:** 휴머노이드 로봇은 동적 환경에서 복잡한 다차원 하중을 견뎌야 합니다.- 특수한 얇은-벽 앵귤러 콘택트 볼 베어링, 크로스 롤러 베어링 및 기타 경량 설계는 우수한 -티핑 방지 기능과 피로 강도를 제공하여 로봇의 장기적이고 안정적인 작동의 초석을 형성합니다.-
**에너지 효율성 및 통합의 핵심:** 낮은-마찰 베어링은 전력 손실을 줄이고, 에너지 효율성을 향상시키며, 로봇의 내구성을 간접적으로 확장합니다. 동시에 컴팩트 베어링(예: 4점 접촉 볼 베어링)의 출현으로 로봇 관절 설계의 귀중한 공간이 절약되어 더 높은 수준의 통합이 가능해졌습니다.
