Il ruolo dei motori nei robot umanoidi: tecnologie e applicazioni chiave

Motori CC senza nucleo

I motori CC senza nucleo presentano un design del rotore senza ferro, che offre alta efficienza, alta velocità, lunga durata e basso attrito. Eliminando le perdite per correnti parassite e isteresi, questi motori nella robotica funzionano in modo più fluido e offrono una dissipazione del calore superiore.

Caratteristiche principali:

Rotore senza ferro: utilizza una struttura di avvolgimento a forma di coppa, eliminando le perdite per correnti parassite e isteresi e raggiungendo un'efficienza superiore all'80%.

Alta velocità e bassa inerzia: in grado di raggiungere velocità superiori a 10.000 giri/minuto, con tempi di risposta da 3 a 5 volte più rapidi rispetto ai motori tradizionali.

Elevata densità di potenza: le dimensioni compatte (solo 6 mm di diametro) e il design leggero li rendono ideali per applicazioni con spazio limitato.

Applicazioni:

Mani agili: il robot umanoide Optimus di Tesla utilizza motori senza nucleo, simili a quelli impiegati nei robot umanoidi, in ogni articolazione delle dita, consentendo una presa precisa grazie al controllo coordinato di più motori. Il pollice è dotato di un doppio motore sia per la flessione che per il movimento laterale, mentre le altre quattro dita dispongono ciascuna di un motore individuale, permettendo una manipolazione delicata di oggetti fragili come le uova.

Motori a coppia senza telaio

I motori di coppia senza telaio sono compatti, leggeri e a bassa inerzia, il che li rende ideali per applicazioni che richiedono una coppia elevata in spazi ristretti. Il rotore è montato direttamente sull'albero meccanico del robot, mentre lo statore è integrato nella struttura del robot stesso.

Caratteristiche principali:

Struttura compatta: il design senza telaio riduce il volume del motore del 40% e il peso del 30%.

Coppia elevata: la coppia di picco può raggiungere i 3.500 N·m, con riduttori armonici che raggiungono rapporti di riduzione superiori a 1:1000.

Resistenza alle alte temperature: utilizza materiali isolanti resistenti alle alte temperature, garantendo un funzionamento continuo a temperature fino a 180 °C.

Applicazioni:

Attuatori rotativi: il robot Optimus di Tesla impiega 14 motori di coppia senza telaio nelle spalle e nei polsi, abbinati a riduttori armonici per resistere a coppie estreme di 30 kg·m.

Servomotori

I servomotori offrono un controllo del movimento di alta precisione, il che li rende ideali per articolazioni dinamiche come spalle e gomiti.

Applicazioni:

Boston Dynamics Atlas: Utilizza 28 servomotori in combinazione con un sistema idraulico, consentendo manovre complesse come i salti mortali all'indietro.

UBTECH Walker X: Dotato di un servomotore robotico umanoide per l'anca con una coppia di 80 N·m, che consente una camminata stabile su terreni irregolari.

Motori passo-passo

I motori passo-passo sono comunemente utilizzati in applicazioni a basso carico e bassa dinamica.

Applicazioni:

Rotazione della testa: i robot umanoidi leggeri, come il robot Pepper, utilizzano motori passo-passo per una rotazione orizzontale fluida della testa.

Regolazione del modulo di visione: impiegato nei gimbal sperimentali per telecamere per effettuare micro-regolazioni di precisione.

I motori BLDC offrono alta velocità (10.000-20.000 giri/min) e bassi requisiti di manutenzione, ma presentano una densità di coppia limitata (30-50 N·m/kg) e una precisione di controllo a bassa velocità ridotta.

Applicazioni:

Robot su ruote: Xiaomi CyberDog utilizza motori BLDC per la trazione sui mozzi delle ruote.

Alimentazione ausiliaria: alcuni robot umanoidi utilizzano motori BLDC per la rotazione del bacino e l'oscillazione delle braccia.

Motori lineari

I motori lineari offrono capacità di movimento ad alta velocità e alta accelerazione, ma richiedono meccanismi di guida precisi e sono costosi.

Applicazioni:

Il ghepardo del MIT utilizza motori lineari nelle zampe posteriori per raggiungere velocità di 30 km/h, con un'accelerazione di 2,5 m/s² e un tempo di risposta inferiore a 1 ms.

I motori a flusso assiale presentano un percorso del flusso parallelo all'asse del rotore, riducendo l'inerzia del rotore del 50% e raggiungendo al contempo una densità di potenza fino a 150 kW/kg.

Applicazioni:

ETH Zurigo: Sviluppate gambe biomimetiche azionate da motori a flusso assiale con una densità di coppia di 200 N·m/kg.

Agility Robotics Cassie: utilizza motori a flusso assiale per una deambulazione dinamica.

Con la crescente domanda di robot umanoidi, i produttori nazionali stanno avanzando motore per robot umanoide tecnologia per competere con i leader globali.

Green Harmonic: Fornisce riduttori di armoniche per Tesla Optimus, raggiungendo una precisione di 1 minuto d'arco e una durata di oltre 20.000 ore.

Moons' Electric: produce in serie motori senza nucleo da 16 mm con densità di coppia paragonabile a quella di Maxon, ampiamente utilizzati nei robot medicali.

Leadshine Technology: ha sviluppato motori di coppia senza telaio di terza generazione con tecnologia di incapsulamento, raggiungendo la resistenza alla polvere e all'acqua con grado di protezione IP67.

La tecnologia dei motori è un fattore critico nello sviluppo dei robot umanoidi, influenzandone direttamente agilità, precisione e funzionalità. Dai motori coreless ad alta velocità ai motori di coppia frameless ad alta coppia, ogni tipologia svolge un ruolo specifico nel raggiungimento di movimenti simili a quelli umani. Con il continuo progresso tecnologico, i produttori nazionali stanno colmando il divario con i concorrenti globali, spingendo sempre più in là i confini della robotica umanoide.