El papel de los motores en los robots humanoides: tecnologías clave y aplicaciones

Motores de CC sin núcleo

Los motores de CC sin núcleo cuentan con un diseño de rotor sin hierro, lo que proporciona alta eficiencia, alta velocidad, larga vida útil y baja fricción. Al eliminar las pérdidas por corrientes parásitas e histéresis, estos motores en robótica Funcionan con mayor fluidez y ofrecen una disipación de calor superior.

Características principales:

Rotor sin núcleo de hierro: Utiliza una estructura de bobinado en forma de copa, lo que elimina las pérdidas por corrientes parásitas e histéresis, logrando una eficiencia superior al 80 %.

Alta velocidad y baja inercia: Capaz de alcanzar velocidades superiores a 10.000 rpm, con una respuesta de 3 a 5 veces más rápida que los motores tradicionales.

Alta densidad de potencia: Su tamaño compacto (tan solo 6 mm de diámetro) y su diseño ligero los hacen ideales para aplicaciones con espacio limitado.

Aplicaciones:

Manos diestras: El robot humanoide Optimus de Tesla utiliza motores sin núcleo, similares a los empleados en robots humanoides, en cada articulación de los dedos, lo que permite un agarre preciso mediante un control multimotor coordinado. El pulgar cuenta con un sistema de doble motor para la flexión y el movimiento lateral, mientras que los otros cuatro dedos disponen de un motor individual, lo que permite manipular con delicadeza objetos frágiles como huevos.

Motores de par sin carcasa

Los motores de par sin carcasa son compactos, ligeros y de baja inercia, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren un alto par en espacios reducidos. El rotor se monta directamente sobre el eje mecánico del robot, y el estator se integra en su estructura.

Características principales:

Estructura compacta: El diseño sin marco reduce el volumen del motor en un 40 % y el peso en un 30 %.

Alto par motor: El par máximo puede alcanzar hasta 3500 N·m, y los reductores armónicos logran relaciones de reducción superiores a 1:1000.

Resistencia a altas temperaturas: Utiliza materiales aislantes de alta temperatura, lo que permite un funcionamiento continuo a temperaturas de hasta 180 °C.

Aplicaciones:

Actuadores rotativos: El robot Optimus de Tesla emplea 14 motores de par sin marco en sus hombros y muñecas, combinados con reductores armónicos para soportar pares extremos de 30 kg·m.

Servomotores

Los servomotores proporcionan un control de movimiento de alta precisión, lo que los hace ideales para articulaciones dinámicas como los hombros y los codos.

Aplicaciones:

Boston Dynamics Atlas: Utiliza 28 servomotores junto con un sistema hidráulico, lo que permite realizar maniobras complejas como volteretas hacia atrás.

UBTECH Walker X: Incorpora un servomotor robótico humanoide de cadera con un par de 80 N·m, lo que permite una marcha estable en terrenos irregulares.

Motores paso a paso

Los motores paso a paso se utilizan habitualmente en aplicaciones de baja carga y baja dinámica.

Aplicaciones:

Rotación de la cabeza: Los robots humanoides ligeros, como el robot Pepper, utilizan motores paso a paso para lograr una rotación horizontal suave de la cabeza.

Ajuste del módulo de visión: Se emplea en cardanes de cámara experimentales para realizar microajustes precisos.

Los motores BLDC ofrecen alta velocidad (10.000-20.000 rpm) y bajos requisitos de mantenimiento, pero tienen una densidad de par limitada (30-50 N·m/kg) y una baja precisión en el control de velocidad.

Aplicaciones:

Robots con ruedas: Xiaomi CyberDog utiliza motores BLDC para la tracción en los cubos de las ruedas.

Alimentación auxiliar: Algunos robots humanoides utilizan motores BLDC para la rotación de la cintura y el balanceo de los brazos.

Motores lineales

Los motores lineales ofrecen capacidades de movimiento de alta velocidad y alta aceleración, pero requieren mecanismos de guiado precisos y son costosos.

Aplicaciones:

MIT Cheetah: Utiliza motores lineales en sus patas traseras para alcanzar velocidades de 30 km/h, con una aceleración de hasta 2,5 m/s² y un tiempo de respuesta inferior a 1 ms.

Los motores de flujo axial presentan una trayectoria de flujo paralela al eje del rotor, lo que reduce la inercia del rotor en un 50 % y permite alcanzar una densidad de potencia de hasta 150 kW/kg.

Aplicaciones:

ETH Zúrich: Desarrolló piernas biomiméticas impulsadas por motores de flujo axial con una densidad de par de 200 N·m/kg.

Agility Robotics Cassie: Utiliza motores de flujo axial para una marcha dinámica.

Ante la creciente demanda de robots humanoides, los fabricantes nacionales están avanzando motor de robot humanoide tecnología para competir con los líderes mundiales.

Green Harmonic: Suministra reductores de armónicos para el Optimus de Tesla, logrando una precisión de 1 minuto de arco y una vida útil de más de 20.000 horas.

Moons' Electric: Fabrica en serie motores sin núcleo de 16 mm con una densidad de par comparable a la de Maxon, ampliamente utilizados en robots médicos.

Leadshine Technology: Ha desarrollado motores de par sin carcasa de tercera generación con tecnología de encapsulado, logrando una resistencia al polvo y al agua con clasificación IP67.

La tecnología de motores es un factor crítico en el desarrollo de robots humanoides, ya que influye directamente en su agilidad, precisión y funcionalidad. Desde motores sin núcleo de alta velocidad hasta motores de par sin marco de alto torque, cada tipo cumple una función especializada para lograr movimientos similares a los humanos. A medida que continúan los avances tecnológicos, los fabricantes nacionales están reduciendo la brecha con sus competidores globales, ampliando aún más los límites de la robótica humanoide.