Актуатор ноги робота-гуманоида

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к актуаторам конечностей роботов-гуманоидов.
Использование роботов является перспективной практикой в различных отраслях, перманентно увеличивается количество исследований и разработок роботов-гуманоидов. Такие конструкции включают в себя различные устройства для приведения в действие соединений, движущихся в разных направлениях. Важным элементом конструкции роботов-гуманоидов являются механизмы, приводящие их конечности в движение. Для решения подобных задач применяются различные актуаторы.
Известным является актуатор робота-гуманоида [Pat. KR20110030889, IPC B25J 15/10; B25J 19/00; F16H 25/22. Actuator for robot and humanoid robot comprising thereof / Park Kang Min, Lee Ja Woo, Kim Yong Jae; applicant Samsung Electronics Co Ltd. - Appl. No. KR20090088541; applied 18.09.2009; pub. date 24.03.2011], содержащий винтовую часть и гайку. Винтовая часть соединяется с источником вращения. Гайка соединяется с частью шарикового винта. Направляющий элемент параллелен части шарового винта. Скользящий элемент поддерживается направляющим элементом, соединительный элемент соединяет ползун и гайку. Соединительный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно, по меньшей мере, одной части гайки и ползуна. Соединительный элемент включает в себя первую часть, соединенную с ползуном, и вторую часть, проходящую на одну сторону первой части и соединенную с частью гайки. Скользящий элемент может включать в себя первый вал и второй вал, причем первый вал вращается относительно ползуна или гайки. Вал снабжен цилиндрическим поворотным штифтом. Канавка для приема вала образована симметричной V-образной боковиной, так что вал стержня может быть шарнирно соединен. Актуатор включает в себя источник вращения, скользящий элемент, перемещающийся вдоль направляющего элемента, и ползун.
Данная конструкция имеет большие габариты и массу металлических соединений, что приводит к увеличению энергопотребления данного робота.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство [Pat. JP2011185328, IPC B25J 19/00; F16H 21/40; F16H 25/20; Н02K 7/06; B25J 5/00. Linear actuator, and robot provided with the same / Takenaka Kenji, Ichihashi Satoshi; applicant Honda Motor Co Ltd. - Appl. No. JP20100049307; applied 05.03.2010; pub. date 22.09.2011], включающее линейный актуатор, содержащий гайку, неподвижно соединенную с полым внутренним ротором полого электродвигателя, линейный выходной вал, имеющий периферийную поверхность, образованную с винтовой канавкой, ввинченной в гайку через шар, удерживаемый гайкой, и вставленный через сквозное отверстие, образованное в полом внутреннем роторе, пару угловых подшипников, установленных отдельно друг от друга в осевом направлении гайки, наружную манжету, расположенную между внешними кольцами угловых подшипников. Гайка функционирует как внутренний хомут, расположенный между внутренними кольцами угловых подшипников.
Данная конструкция обеспечивает относительно малый момент, что требует применение двигателей большей мощности. Также, в связи с тем, что актуатор находится вне конечности робота, это увеличивает его габариты. Кроме того, специфическая конструкция предусматривает использование соответствующего нестандартного двигателя, встраиваемого в данный актуатор.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи уменьшения габаритных размеров робота-гуманоида.
Решение этих задач обуславливается совокупностью следующих существенных признаков. Актуатор ноги робота-гуманоида содержит шарико-винтовые передачи, приводимые в движение с использованием вентильных двигателей. Устройство содержит две пары шкивов с гладкими канавками, которые выполнены с возможностью интегрирования непосредственно в ногу робота, первая из которых приводит в движение бедро робота, а вторая - коленный сустав, при этом движение шкивам передается от, по меньше мере, одной пары шарико-винтовой передачи и, по меньшей мере, двух вентильных двигателей через канаты, которые выполнены из сверхпрочного и сверхлегкого материала и закреплены на внутренней части шкивов металлическими скобами.
Сущность полезной модели объясняется изображением (фиг.), на котором представлен общий вид актуатора ноги робота-гуманоида.
На фиг. представлены следующие позиции: шарико-винтовая передача, 1, вентильный двигатель, 2, шкив, 3, канат из сверхпрочного и сверхлегкого материала, 4, скоба для закрепления каната, 5.
Таким образом, конструкция, обеспечивающая установку данного устройства в ноге робота-гуманоида, обеспечивает уменьшение его габаритных размеров в сравнении с прототипом.
Для обеспечения функционирования представленного технического решения с уменьшенными габаритами в качестве канатов предпочтительным является использование кевларовых материалов или
сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности. Данное конструктивное решение обеспечивает сохранение надежности работы в сравнении с прототипом, в котором в основном используются металлические соединения, что обусловлено возможностью реализации такого решения с отдельно расположенным актуатором, то есть отсутствии элементов конструкции ноги, которые могут создавать дополнительное трение. При этом, крепление канатов на специальных скобах, выполненных на внутренней части гладких шкивов, обеспечивает исключение необходимости рельефного выполнения канатов или канавок шкивов в целях увеличения трения, что могло бы приводить к механическим повреждениям данных материалов, при сохранении габаритных размеров в сравнении с, например, расположением подобных скоб на внешней части гладких шкивов.
Предпочтительным является использование двигателей типа BLDC, обеспечивающих высокую пиковую мощность и надежность при относительной простоте конструкции. При этом конструкция может включать в себя двигатели различной конфигурации.