Kertas kerja ini meneroka reka bentuk, pengoptimuman prestasi, dan aplikasi motor tanpa teras dalam tangan robot humanoid yang cekap.

Motor bergear tanpa teras, dengan saiz ultra-kecil, ketumpatan tork yang tinggi dan tindak balas dinamik yang pantas, telah menjadi komponen teras untuk penggerak bersama dalam tangan robot humanoid yang cekap. Kertas kerja ini menganalisis secara sistematik prinsip reka bentuk struktur, parameter prestasi utama dan kelebihan aplikasi dalam instrumen pembedahan perubatan dan robot pintar. Memandangkan cabaran teknikal yang dihadapi oleh pengeluar domestik dalam teknologi penggulungan dan penyepaduan kotak gear planet, penyelesaian pengoptimuman dan arah pembangunan masa hadapan dicadangkan.

1. Pengenalan

Dengan perkembangan pesat robot humanoid dan peranti perubatan invasif minimum, permintaan yang lebih tinggi diletakkan pada saiz, kecekapan dan ketepatan kawalan motor pemacu. Motor bergear tanpa teras 12mm, sebagai wakil sistem pemacu-mikro, menghapuskan kehilangan besi dan mengurangkan inersia putaran melalui struktur rotor tanpa terasnya. Digabungkan dengan kotak gear planet untuk menguatkan tork, ia telah menjadi pilihan ideal untuk penggerak ketepatan seperti tangan dan pisau bedah yang cekap.

2.1 Struktur Motor Bergear Tanpa Teras dan Prinsip Kerja

2.1 Reka Bentuk Pemutar Tanpa Teras

Motor tanpa biji menggunakan struktur belitan tanpa biji, dengan lilitan gegelung dalam bentuk cawan dan disambungkan terus ke aci pemutar. Berbanding dengan motor berus tradisional, kelebihannya termasuk:

- Tiada kesan cogging, mengakibatkan riak tork rendah;

- Momen inersia rendah, dengan pemalar masa mekanikal turun kepada 3.86 ms;

- Kecekapan tinggi, dengan penggunaan tenaga mencapai 75%~90%.

2.2 Penyepaduan Gear Planet

Untuk memenuhi keperluan tork keluaran sambungan tangan yang cekap (biasanya 5~20 mNm), 8mm, 10mm, 12mm, dan 13mm motor tanpa teras selalunya menyepadukan kotak gear planet miniatur, dengan nisbah pengurangan antara 5 hingga 1500 dan kelajuan output dari 5 hingga 2000 rpm. Ciri-ciri struktur gear planet:

- Output sepaksi, struktur padat;

- Ketumpatan tork tinggi, mampu menguatkan tork keluaran lebih daripada 10 kali;

- High transmission efficiency (>90%), sesuai untuk senario permulaan{1}}yang kerap.

3. Analisis Parameter Prestasi Utama

Mengambil motor tanpa teras 12mm daripada Shenzhen Kegu Technology Co., Ltd. sebagai contoh, parameter tipikalnya adalah seperti berikut:

- Voltan Terkadar: 12V;

- Tiada-muatan Kelajuan: 18,000rpm;

- Tork Gerai: 11.5mNm;

- Pemalar Tork: 4.85mNm/A;

- Pemalar Masa Mekanikal: 3.86ms;

- Kecekapan Maksimum: 72%.

Motor ini boleh mengeluarkan tork 11.5mNm pada arus gerai 2.4A. Dengan kotak gear planet dengan nisbah pengurangan 10:1, tork keluaran boleh mencecah 115mNm, mencukupi untuk memacu tangan yang tangkas untuk melakukan tindakan menggenggam dan mencubit dengan satu jari.

4. Senario Aplikasi dan Kelebihan

4.1 Tangan Dexterous Robot Humanoid

- Pemanduan Kebebasan Tahap Tinggi: Satu tangan yang cekap memerlukan 6-12 motor. Motor cawan berongga 12mm boleh disepadukan ke dalam sendi jari untuk mencapai pergerakan yang kompleks seperti lanjutan, penarikan balik, dan membalikkan.

- Tindak Balas Pantas: Pemalar masa mekanikal ialah 10,000 jam, jauh melebihi 1,000-3,000 jam motor berus.

4.2 Alat Pembedahan Perubatan

- Reka Bentuk Miniatur: Dengan diameter 12mm, ia boleh dibenamkan dalam instrumen pembedahan seperti pisau bedah dan endoskop.

- Tinggi-Kawalan Ketepatan: Dengan pengekod, ia mencapai kawalan kedudukan tahap -0.1 darjah, memenuhi keperluan pembedahan invasif minimum.

5. Cabaran Teknologi Domestik dan Laluan Kejayaan

5.1 Halangan Teknologi

- Proses Penggulungan: Gegelung cawan berongga memerlukan-penggulungan berketepatan tinggi. Pemimpin luar negara menggunakan teknologi pengacuan satu-sekeping, manakala pengeluar domestik kebanyakannya bergantung pada proses manual atau penggulungan, menghasilkan hasil yang rendah.

- Kepersisan Gear Planet: Gear planet mini memerlukan ketepatan pemesinan tahap μm-dan peralatan domestik masih bergelut untuk mencapai pengeluaran besar-besaran yang stabil. 5.2 Laluan Terobosan

- Pembangunan Peralatan Penggulungan Automatik: Memperkenalkan sistem penggulungan berpandu-visi untuk meningkatkan ketekalan gegelung;

- Pengoptimuman Bahan Gear Planet: Menggunakan serbuk metalurgi atau bahan seramik untuk meningkatkan rintangan haus dan kecekapan penghantaran;

- Reka Bentuk Bersepadu: Mengintegrasikan motor, pengurang dan pengekod ke dalam satu pakej untuk mengurangkan ralat pemasangan.

6. Kesimpulan dan Tinjauan

Motor bergear tanpa teras 12mm, dengan ketumpatan kuasa tinggi, tindak balas pantas dan jangka hayat yang panjang, telah menjadi komponen teras dalam medan pemacu ketepatan. Pada masa hadapan, dengan penemuan dalam teknologi penggulungan domestik dan teknologi pemprosesan gear planet, kosnya akan berkurangan dengan ketara, memacu aplikasinya yang meluas dalam elektronik pengguna, rumah pintar dan bidang lain. Pada masa yang sama, digabungkan dengan algoritma kawalan AI, tork yang lebih pintar dan kawalan kedudukan boleh dicapai, seterusnya memperluaskan sempadan aplikasinya dalam robot humanoid dan peralatan perubatan.