Makalah ini mengeksplorasi desain, optimalisasi kinerja, dan penerapan motor roda gigi tanpa inti di tangan robot humanoid yang cekatan.

Motor roda gigi tanpa inti, dengan ukurannya yang sangat-kecil, kepadatan torsi tinggi, dan respons dinamis yang cepat, telah menjadi komponen inti untuk aktuasi gabungan di tangan robot humanoid yang tangkas. Makalah ini secara sistematis menganalisis prinsip desain struktural, parameter kinerja utama, dan keunggulan aplikasi dalam instrumen bedah medis dan robot cerdas. Mempertimbangkan tantangan teknis yang dihadapi oleh pabrikan dalam negeri dalam teknologi belitan dan integrasi gearbox planet, solusi optimalisasi dan arah pengembangan di masa depan diusulkan.

1. Pendahuluan

Dengan pesatnya perkembangan robot humanoid dan perangkat medis invasif minimal, tuntutan yang lebih tinggi ditempatkan pada ukuran, efisiensi, dan presisi kontrol motor penggerak. Motor roda gigi tanpa inti berukuran 12 mm, sebagai perwakilan sistem penggerak mikro, menghilangkan kehilangan besi dan mengurangi inersia rotasi melalui struktur rotor tanpa inti. Dikombinasikan dengan gearbox planetary untuk memperkuat torsi, ini telah menjadi pilihan ideal untuk aktuator presisi seperti tangan tangkas dan pisau bedah.

2.1 Struktur dan Prinsip Kerja Motor Beroda Tanpa Biji

2.1 Desain Rotor Tanpa Biji

Motor tanpa biji mengadopsi struktur belitan tanpa biji, dengan kumparan dililitkan dalam bentuk cangkir dan dihubungkan langsung ke poros rotor. Dibandingkan dengan motor sikat tradisional, kelebihannya antara lain:

- Tidak ada efek cogging, sehingga menghasilkan riak torsi rendah;

- Momen inersia rendah, dengan konstanta waktu mekanis turun hingga 3,86 ms;

- Efisiensi tinggi, dengan pemanfaatan energi mencapai 75%~90%.

2.2 Integrasi Roda Gigi Planet

Untuk memenuhi persyaratan torsi keluaran sambungan tangan tangkas (biasanya 5~20 mNm), motor tanpa inti 8mm, 10mm, 12mm, dan 13mm sering kali mengintegrasikan gearbox planetary mini, dengan rasio reduksi berkisar antara 5 hingga 1500 dan kecepatan keluaran dari 5 hingga 2000 rpm. Fitur struktur roda gigi planet:

- Keluaran koaksial, struktur kompak;

- Kepadatan torsi tinggi, mampu memperkuat torsi keluaran lebih dari 10 kali lipat;

- High transmission efficiency (>90%), cocok untuk skenario-berhenti yang sering terjadi.

3. Analisis Parameter Kinerja Utama

Mengambil contoh motor tanpa biji 12 mm dari Shenzhen Kegu Technology Co., Ltd., parameter tipikalnya adalah sebagai berikut:

- Nilai Tegangan: 12V;

- Tanpa-kecepatan beban: 18.000rpm;

- Torsi Kios: 11,5mNm;

- Konstanta Torsi: 4,85mNm/A;

- Konstanta Waktu Mekanis: 3,86 mdtk;

- Efisiensi Maksimum: 72%.

Motor ini mampu menghasilkan torsi 11,5mNm pada arus terhenti 2,4A. Dengan gearbox planetary dengan rasio reduksi 10:1, torsi keluarannya bisa mencapai 115mNm, cukup untuk menggerakkan tangan yang cekatan melakukan aksi menggenggam dan mencubit dengan satu jari.

4. Skenario Aplikasi dan Keuntungan

4.1 Tangan Cekatan Robot Humanoid

- Tingkat Kebebasan Berkendara Tinggi: Satu tangan yang tangkas memerlukan 6-12 motor. Motor cangkir berongga 12mm dapat diintegrasikan ke dalam sendi jari untuk mencapai gerakan kompleks seperti ekstensi, retraksi, dan membalik.

- Respon Cepat: Konstanta waktu mekanis adalah 10.000 jam, jauh melebihi 1.000-3.000 jam motor yang disikat.

4.2 Instrumen Bedah Medis

- Desain Miniatur: Dengan diameter 12 mm, dapat dipasang pada instrumen bedah seperti pisau bedah dan endoskopi.

- Kontrol Presisi Tinggi-: Dengan encoder, kontrol posisi mencapai tingkat 0,1 derajat -, memenuhi kebutuhan operasi invasif minimal.

5. Tantangan Teknologi Dalam Negeri dan Jalur Terobosan

5.1 Hambatan Teknologi

- Proses Penggulungan: Kumparan cangkir berongga memerlukan penggulungan-presisi tinggi. Para pemimpin di luar negeri menggunakan-teknologi pencetakan satu bagian, sementara produsen dalam negeri kebanyakan mengandalkan proses manual atau penggulungan, sehingga menghasilkan hasil yang rendah.

- Presisi Roda Gigi Planet: Miniatur roda gigi planet memerlukan presisi pemesinan tingkat μm-tingkat, dan peralatan dalam negeri masih kesulitan mencapai produksi massal yang stabil. 5.2 Jalur Terobosan

- Pengembangan Peralatan Penggulungan Otomatis: Memperkenalkan sistem penggulungan berpemandu visi-untuk meningkatkan konsistensi kumparan;

- Pengoptimalan Material Perlengkapan Planet: Memanfaatkan metalurgi serbuk atau material keramik untuk meningkatkan ketahanan aus dan efisiensi transmisi;

- Desain Terintegrasi: Mengintegrasikan motor, peredam, dan pembuat enkode ke dalam satu paket untuk mengurangi kesalahan perakitan.

6. Kesimpulan dan Pandangan

Motor roda gigi tanpa biji 12 mm, dengan kepadatan daya tinggi, respons cepat, dan umur panjang, telah menjadi komponen inti dalam bidang penggerak presisi. Di masa depan, dengan adanya terobosan dalam teknologi penggulungan domestik dan teknologi pemrosesan roda gigi planet, biayanya akan berkurang secara signifikan, sehingga mendorong penerapannya secara luas di bidang elektronik konsumen, rumah pintar, dan bidang lainnya. Pada saat yang sama, dikombinasikan dengan algoritme kontrol AI, kontrol torsi dan posisi yang lebih cerdas dapat dicapai, sehingga semakin memperluas batasan penerapannya pada robot humanoid dan peralatan medis.