دور المحركات في الروبوتات الشبيهة بالبشر: التقنيات والتطبيقات الرئيسية

محركات التيار المستمر بدون قلب

تتميز محركات التيار المستمر عديمة القلب بتصميم دوار خالٍ من الحديد، مما يوفر كفاءة عالية وسرعة عالية وعمرًا طويلًا واحتكاكًا منخفضًا. ومن خلال التخلص من خسائر التيارات الدوامية والتخلف المغناطيسي، فإن هذه المحركات المحركات في الروبوتات تعمل بسلاسة أكبر وتوفر تبديدًا فائقًا للحرارة.

الميزات الرئيسية:

الدوار بدون حديد: يستخدم هيكل لف على شكل كوب، مما يؤدي إلى التخلص من خسائر التيار الدوامي والتخلف المغناطيسي، وتحقيق كفاءة تزيد عن 80٪.

سرعة عالية وقصور ذاتي منخفض: قادر على سرعات تتجاوز 10000 دورة في الدقيقة، ويستجيب أسرع من 3 إلى 5 مرات من المحركات التقليدية.

كثافة طاقة عالية: الحجم الصغير (يصل قطرها إلى 6 مم) والتصميم خفيف الوزن يجعلها مثالية للتطبيقات ذات المساحة المحدودة.

التطبيقات:

أيادٍ بارعة: يستخدم روبوت أوبتيموس البشري من تسلا محركات بدون قلب، وهي نفس المحركات المستخدمة في الروبوتات البشرية، في كل مفصل من مفاصل الأصابع، مما يتيح إمساكًا دقيقًا من خلال تحكم منسق متعدد المحركات. يستخدم الإبهام محركين للدفع والحركة الجانبية، بينما يحتوي كل إصبع من الأصابع الأربعة الأخرى على محرك مستقل، مما يسمح بالتعامل الدقيق مع الأشياء الهشة مثل البيض.

محركات عزم الدوران بدون إطار

تتميز محركات العزم عديمة الإطار بصغر حجمها وخفة وزنها وانخفاض قصورها الذاتي، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب عزم دوران عالٍ في المساحات الضيقة. يُركّب الدوّار مباشرةً على العمود الميكانيكي للروبوت، بينما يُدمج الجزء الثابت في هيكل الروبوت.

الميزات الرئيسية:

هيكل مضغوط: يقلل التصميم بدون إطار من حجم المحرك بنسبة 40% والوزن بنسبة 30%.

عزم دوران عالي: يمكن أن يصل عزم الدوران الأقصى إلى 3500 نيوتن متر، مع مخفضات التوافقيات التي تحقق نسب تخفيض تزيد عن 1:1000.

مقاومة درجات الحرارة العالية: يستخدم مواد عازلة تتحمل درجات الحرارة العالية، مما يدعم التشغيل المستمر في درجات حرارة تصل إلى 180 درجة مئوية.

التطبيقات:

المحركات الدوارة: يستخدم روبوت Optimus من Tesla 14 محرك عزم دوران بدون إطار في كتفيه ومعصميه، مقترنة بمخفضات توافقية لتحمل عزم دوران شديد يصل إلى 30 كجم·م.

محركات سيرفو

توفر محركات السيرفو تحكمًا عالي الدقة في الحركة، مما يجعلها مثالية للمفاصل الديناميكية مثل الكتفين والمرفقين.

التطبيقات:

بوسطن ديناميكس أطلس: تستخدم 28 محرك سيرفو بالتزامن مع نظام هيدروليكي، مما يتيح القيام بمناورات معقدة مثل الشقلبات الخلفية.

UBTECH Walker X: يتميز بمحرك سيرفو روبوتي بشري الشكل في الورك بعزم دوران 80 نيوتن متر، مما يتيح المشي بثبات على التضاريس غير المستوية.

محركات الخطوة

تُستخدم المحركات الخطوية بشكل شائع في التطبيقات ذات الأحمال المنخفضة والديناميكية المنخفضة.

التطبيقات:

دوران الرأس: تستخدم الروبوتات البشرية خفيفة الوزن، مثل روبوت بيبر، محركات متدرجة لتدوير الرأس الأفقي بسلاسة.

ضبط وحدة الرؤية: يتم استخدامها في حوامل الكاميرا التجريبية لإجراء تعديلات دقيقة للغاية.

توفر محركات BLDC سرعة عالية (10000-20000 دورة في الدقيقة) ومتطلبات صيانة منخفضة، ولكنها تتميز بكثافة عزم دوران محدودة (30-50 نيوتن متر/كجم) ودقة تحكم منخفضة السرعة.

التطبيقات:

الروبوتات ذات العجلات: يستخدم روبوت Xiaomi CyberDog محركات BLDC لدفع محاور العجلات.

الطاقة المساعدة: تستخدم بعض الروبوتات الشبيهة بالبشر محركات BLDC لتدوير الخصر وتأرجح الذراع.

المحركات الخطية

توفر المحركات الخطية إمكانيات حركة عالية السرعة وعالية التسارع، ولكنها تتطلب آليات توجيه دقيقة وتكون مكلفة.

التطبيقات:

الفهد من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: يستخدم محركات خطية في ساقيه الخلفيتين لتحقيق سرعات تصل إلى 30 كم/ساعة، مع تسارع يصل إلى 2.5 م/ث² وتأخير استجابة أقل من 1 مللي ثانية.

تتميز محركات التدفق المحوري بمسار تدفق موازٍ لمحور الدوار، مما يقلل من قصور الدوار بنسبة 50٪ مع تحقيق كثافة طاقة تصل إلى 150 كيلوواط/كجم.

التطبيقات:

المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ: قام بتطوير أرجل تحاكي الطبيعة تعمل بمحركات التدفق المحوري بكثافة عزم دوران تبلغ 200 نيوتن متر/كجم.

روبوت أجيليتي كاسي: يستخدم محركات التدفق المحوري للمشي الديناميكي.

مع تزايد الطلب على الروبوتات الشبيهة بالبشر، يتقدم المصنعون المحليون في هذا المجال. محرك روبوت بشري التكنولوجيا للتنافس مع الشركات العالمية الرائدة.

شركة Green Harmonic: تزود مخفضات التوافقيات لسيارات Tesla Optimus، محققة دقة دقيقة قوسية واحدة وعمرًا افتراضيًا يزيد عن 20000 ساعة.

شركة Moons' Electric: تنتج بكميات كبيرة محركات بدون قلب بقطر 16 مم بكثافة عزم دوران مماثلة لمحركات Maxon، والتي يتم اعتمادها على نطاق واسع في الروبوتات الطبية.

تقنية ليدشاين: طورت محركات عزم الدوران من الجيل الثالث بدون إطار بتقنية التغليف، مما يحقق مقاومة للغبار والماء بتصنيف IP67.

تُعدّ تكنولوجيا المحركات عاملاً حاسماً في تطوير الروبوتات الشبيهة بالبشر، إذ تؤثر بشكل مباشر على خفة حركتها ودقتها ووظائفها. فمن المحركات عالية السرعة عديمة النواة إلى محركات عزم الدوران عالية العزم عديمة الإطار، يؤدي كل نوع منها دوراً متخصصاً في تحقيق حركة شبيهة بالحركة البشرية. ومع استمرار التطورات التكنولوجية، يُقلّص المصنّعون المحليون الفجوة مع منافسيهم العالميين، دافعين حدود الروبوتات الشبيهة بالبشر إلى آفاق جديدة.