Reductores (gearboxes) per a articulacions

Per què una reductora

Un motor elèctric és ràpid i poc potent. Amb relació N: velocitat ÷ N, parell × N. La potència (P = parell · velocitat) no es crea; una part es perd per fricció.

Exemple: motor a 3000 rpm amb 10:1 → articulació a 300 rpm amb unes 10 vegades més parell, menys les pèrdues.

Analogia: les marxes d’una bici. Marxa curta per pujar una costa: molt parell, poca velocitat.

Famílies

• Engranatges rectes: simples i barats (dins de cada servo del SO-101).
• Planetària: compacta i robusta. Sol, planetes, corona (ring) i portasatèl·lits (carrier). Amb la corona fixa, el sol d’entrada i el carrier de sortida: relació = 1 + Nring / Nsun. Exemple: sol de 9 dents, corona de 47 → ≈ 6,2:1.
• Harmonic drive (strain wave): un engranatge flexible deformat per un generador el·líptic gira dins d’una corona rígida amb 2 dents més. relació = Nflex / 2 (100 dents → 50:1). Relació alta en una sola etapa i gairebé sense joc, però molt difícil de moure des de fora. Típica dels braços industrials.
• Cicloïdal: aguanta bé els cops.

Quasi-direct drive i back-drive

• Relació alta: molt parell però rígida; costa moure-la des de fora (no és back-drivable) i un cop pot trencar dents.
• Relació baixa (quasi-direct drive): menys parell, la pota cedeix a l’impacte i el corrent del motor serveix com a mesura de força.

Els humanoides i els quadrúpedes xoquen amb el terra a cada pas: han de sentir i absorbir impactes. Per això fan servir motors brushless amb planetàries de relació baixa i ho compensen amb motors més grans.

Preguntes típiques

Per què no fan servir harmonic drive a les cames? Perquè és rígid i difícil de moure des de fora; una cama ha de cedir quan pica contra el terra. A més, és més car.

Què és un series elastic actuator? Una molla entre el motor i la càrrega per mesurar la força (per la deformació de la molla) i absorbir impactes.