Le rôle des moteurs dans les robots humanoïdes : technologies clés et applications

Moteurs CC sans noyau

Les moteurs à courant continu sans noyau sont dotés d'un rotor sans fer, ce qui leur confère un rendement élevé, une vitesse élevée, une longue durée de vie et un faible frottement. En éliminant les pertes par courants de Foucault et par hystérésis, ces moteurs offrent un rendement élevé. moteurs en robotique Fonctionnement plus fluide et dissipation thermique supérieure.

Caractéristiques principales :

Rotor sans fer : utilise une structure d'enroulement en forme de coupe, éliminant les pertes par courants de Foucault et par hystérésis, atteignant un rendement supérieur à 80 %.

Haute vitesse et faible inertie : capable d'atteindre des vitesses supérieures à 10 000 tr/min, avec une réactivité 3 à 5 fois supérieure à celle des moteurs traditionnels.

Densité de puissance élevée : leur taille compacte (seulement 6 mm de diamètre) et leur conception légère les rendent idéaux pour les applications où l'espace est limité.

Applications :

Mains agiles : Le robot humanoïde Optimus de Tesla utilise des moteurs sans noyau, utilisés dans les robots humanoïdes, au niveau de chaque articulation des doigts, permettant une préhension précise grâce à une commande multimoteur coordonnée. Le pouce est doté d'une motorisation double pour la flexion et les mouvements latéraux, tandis que les quatre autres doigts possèdent chacun un moteur individuel, permettant une manipulation délicate d'objets fragiles comme les œufs.

Moteurs de couple sans cadre

Les moteurs couple sans carter sont compacts, légers et à faible inertie, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant un couple élevé dans des espaces restreints. Le rotor est monté directement sur l'arbre mécanique du robot et le stator est intégré à sa structure.

Caractéristiques principales :

Structure compacte : La conception sans cadre réduit le volume du moteur de 40 % et son poids de 30 %.

Couple de sortie élevé : le couple maximal peut atteindre 3 500 N·m, les réducteurs harmoniques atteignant des rapports de réduction supérieurs à 1:1000.

Résistance aux hautes températures : Utilise des matériaux isolants haute température, permettant un fonctionnement continu à des températures allant jusqu'à 180 °C.

Applications :

Actionneurs rotatifs : le robot Optimus de Tesla utilise 14 moteurs de couple sans cadre dans ses épaules et ses poignets, associés à des réducteurs harmoniques pour résister à des couples extrêmes de 30 kg·m.

servomoteurs

Les servomoteurs offrent un contrôle de mouvement de haute précision, ce qui les rend idéaux pour les articulations dynamiques telles que les épaules et les coudes.

Applications :

L'Atlas de Boston Dynamics : utilise 28 servomoteurs associés à un système hydraulique, permettant des manœuvres complexes comme les saltos arrière.

UBTECH Walker X : Doté d'un servomoteur de hanche pour robot humanoïde avec un couple de 80 N·m, permettant une marche stable sur terrain accidenté.

Moteurs pas à pas

Les moteurs pas à pas sont couramment utilisés dans les applications à faible charge et à faible dynamique.

Applications :

Rotation de la tête : Les robots humanoïdes légers, tels que le robot Pepper, utilisent des moteurs pas à pas pour une rotation horizontale fluide de la tête.

Réglage du module de vision : utilisé dans les cardans de caméras expérimentales pour des micro-réglages précis.

Les moteurs BLDC offrent une vitesse élevée (10 000 à 20 000 tr/min) et des exigences de maintenance faibles, mais ont une densité de couple limitée (30 à 50 N·m/kg) et une précision de contrôle de vitesse faible.

Applications :

Robots à roues : le Xiaomi CyberDog utilise des moteurs BLDC pour l’entraînement des moyeux de ses roues.

Alimentation auxiliaire : Certains robots humanoïdes utilisent des moteurs BLDC pour la rotation de la taille et le balancement des bras.

Moteurs linéaires

Les moteurs linéaires offrent des capacités de mouvement à grande vitesse et à forte accélération, mais nécessitent des mécanismes de guidage précis et sont coûteux.

Applications :

Guépard du MIT : utilise des moteurs linéaires dans ses pattes arrière pour atteindre des vitesses de 30 km/h, avec une accélération atteignant 2,5 m/s² et un délai de réponse inférieur à 1 ms.

Les moteurs à flux axial présentent un chemin de flux parallèle à l'axe du rotor, réduisant l'inertie du rotor de 50 % tout en atteignant une densité de puissance allant jusqu'à 150 kW/kg.

Applications :

ETH Zurich : Développement de jambes biomimétiques alimentées par des moteurs à flux axial avec une densité de couple de 200 N·m/kg.

Cassie d'Agility Robotics : Utilise des moteurs à flux axial pour la marche dynamique.

Face à la demande croissante de robots humanoïdes, les fabricants nationaux progressent. moteur de robot humanoïde La technologie pour rivaliser avec les leaders mondiaux.

Green Harmonic : Fournit des réducteurs d'harmoniques pour l'Optimus de Tesla, atteignant une précision d'une minute d'arc et une durée de vie de plus de 20 000 heures.

Moons' Electric : Produit en série des moteurs sans noyau de 16 mm avec une densité de couple comparable à celle de Maxon, largement utilisés dans les robots médicaux.

Leadshine Technology : a développé des moteurs de couple sans cadre de troisième génération avec technologie d'encapsulation, atteignant une résistance à la poussière et à l'eau de niveau IP67.

La technologie des moteurs est un facteur essentiel au développement des robots humanoïdes, influençant directement leur agilité, leur précision et leurs fonctionnalités. Des moteurs sans noyau à grande vitesse aux moteurs sans cadre à couple élevé, chaque type remplit un rôle spécifique pour reproduire les mouvements humains. Grâce aux progrès technologiques constants, les fabricants nationaux réduisent l'écart avec leurs concurrents internationaux, repoussant ainsi les limites de la robotique humanoïde.