ロボット開発においては、人型ロボット分野へのベアリングの応用というコア技術が重要です。人型ロボットの中核部品であるベアリングは、主要部品の約5.5%を占めています。ロボットのさまざまな部分で、さまざまな種類のベアリングがかけがえのない役割を果たしています。
Ⅰ 減速機の軸受
減速機は、人間の関節に相当する、人型ロボットの中核となる動力伝達機構です。精密減速機は、動力源とアクチュエータを接続する中間装置です。サーボモータの高速回転を減速し、減速比によりサーボモータ本来のトルクを増幅し、高剛性保持と高精度位置決めを実現する機能です。-ヒューマノイドロボット減速機には、主にハーモニック減速機、RV減速機、遊星減速機などがあります。減速機のタイプが異なれば、ベアリングに対する要件も異なります。
1. RV レデューサーベアリング:
RV 減速機はロータリー ベクトル減速機とも呼ばれ、前段遊星歯車減速機と後段サイクロイド風車減速機-を備えています。この伝送方式は、古典的なピン-振り子遊星伝送技術をさらに発展させたものです。小型、軽量、広い伝達比、長寿命、安定した精度維持、高効率、スムーズな伝達性能など多くの利点を兼ね備えています。
RV 減速機は 3 種類のベアリングを使用します。メイン ベアリング（出力シャフト）用の薄肉アンギュラ玉軸受、偏心軸の位置決めと本体サポート用の薄肉円すいころ軸受、サイクロイド ギア サポート用の円筒ころ（針状ころ）、保持器アセンブリ、ギア サポート用の薄肉深溝玉軸受です。-
2. 高調波減速機軸受
ロボットの回転関節には主に調和減速機が使用されています。彼らの製造技術は高調波伝送に基づいています。ハーモニック減速機は、ウェーブ ジェネレーター (フレキシブル ベアリング)、クロス ローラー ベアリング (リジッド ベアリング)、外歯車リング付きフレキシブル ギア (フレキシブル ホイール)、リジッド ギア (リジッド ホイール)の 4 つの基本コンポーネントで構成される機械伝達システムです。
①クロスローラーベアリング
ハーモニック減速機用のクロス ローラー ベアリングにはさまざまなシリーズがあり、多方向の荷重に耐え、高精度と剛性を備えています。{0}ハーモニック減速機用に特別に設計されたクロスローラーベアリングは、使用環境に基づいて、外輪が分割されたものと内輪が一体となったものの 2 つの主要なカテゴリに分類できます。これらのベアリングの転動体は、V- 形の軌道に直角 90 度で配置された円筒ころです。この設計により、ベアリングはアキシアルモーメント、ラジアルモーメント、転倒モーメントなど、複数の方向からの荷重に同時に耐えることができます。さらに、これらのベアリングは高精度、高剛性、優れた複合耐荷重能力を備えているため、高調波減速機に欠かせない部品となっています。-
② フレキシブルベアリング 従来のベアリングとは異なり、高調波減速機専用に設計されたフレキシブルベアリングです。これらは、外輪が薄い薄肉ボール ベアリングであるため、ラジアル変形が起こりやすくなっています。-薄い壁にもかかわらず、高い柔軟性を維持し、安定した動作を保証するために高品質の素材を使用しています。-これらの高調波減速機用のフレキシブルベアリングは、優れた応力支持能力を備えています。-これらは、比較的薄い壁の設計にもかかわらず、交互の曲げ応力とトルク応力に効果的に耐え、カムとの相互作用においてある程度の柔軟性を維持します。内輪と外輪、および転動体はいずれも高品質の高炭素クロム軸受鋼で作られており、一体型ナイロン製保持器が装備されています。これにより、高調波減速機の高調波発生部における軸受の安定かつ効率的な動作が保証されます。{8}}
ハーモニック減速機は通常、1 つのクロスローラーベアリングと 1 つのフレキシブルベアリングを使用します。
3. 遊星歯車減速機
遊星歯車減速機は最も効率的な歯車伝達構造です。遊星歯車伝動機構は主に遊星歯車、遊星キャリア、太陽歯車から構成されます。精密遊星減速機では、通常、サーボ モーターなどの原動機がサン ギアを回転駆動します。太陽歯車と遊星歯車との噛み合いにより、遊星歯車が回転する。同時に、遊星歯車の反対側が減速機ハウジングの内壁のリングギヤとかみ合うため、遊星歯車は自らの回転によって駆動され、サンギヤの回転と同じ方向にリングギヤ上を転がり、サンギヤの周囲で「回転」運動を形成します。サンギヤとリングギヤの歯数の差により減速の目的が達成されます。
遊星減速機は、モーターの高速回転を低速、高トルク出力に変換します。これは、下肢 (股関節や膝関節など) など、ロボットの非高精度部品の伝達ニーズに適しています。-太陽歯車を介して遊星歯車を自転および公転させることにより、動力は最終的に遊星キャリアによって出力されます。シンプルな構造、低コスト、高い耐荷重性を備えています。-
Tesla Optimus Gen-2 ロボットを例に挙げると、その遊星減速機には深溝玉軸受と針状ころ軸受が使用されています。ラジアル荷重とアキシアル荷重が小さい場合は深溝玉軸受が使用され、高速回転時に遊星歯車が発生する大きなラジアル荷重に耐える場合は針状ころ軸受が使用されます。
II.ヒューマノイドロボットのその他のベアリング
1. リニア アクチュエーター: 4 点接触ベアリング-
4-点接触ベアリングはボールベアリングを使用しており、ボールベアリングの鋼球が内輪と外輪に4点で接触し、2点接触状態になります。-これにより、両方向のアキシアル荷重と一定割合のラジアル荷重に耐えることができます。複合内輪設計により、より多くのボールを収容できるため、耐荷重能力が向上します。-分割構造により設置が容易で、スペースに制約のあるジョイントに適しています。-接触角は通常 35 度または 45 度で、軸方向のクリアランスが小さいため、高い速度制限と剛性が得られます。
4 点接触ベアリングはロータリー ジョイントやリニア アクチュエータで一般的に使用され、クロス ローラー ベアリングと組み合わせて高精度の動作を実現します。-
2. 自己潤滑式ジョイント ベアリング: 自己潤滑式ベアリング-は、バイメタル複合材料または固体潤滑剤によって低摩擦動作を実現し、摩擦係数が 0.08 と低く、高い耐摩耗性 (耐用年数 10,000 時間を超える) も備えています。ヒューマノイド ロボットでは、主に関節モジュールに使用されており、メンテナンスフリーの動作、高負荷容量、長寿命を特徴としており、高頻度の動きとミクロンレベルの精度の要件を満たします。--たとえば、Changsheng Bearing の自己潤滑滑り軸受は、Unitree Robotics の人型ロボットの関節モジュールに適用され、80% 以上の普及率を達成し、独占的なサプライヤーとなっています。
ロボットにおける自己潤滑ベアリングの他の用途:{0}
減速機セット: 高精度のトランスミッション要件に適合し、動作の安定性を確保します。{0}
ジョイントリンケージ: 重荷重と高速動作に耐え、エネルギー消費を削減します。-
スクリュードライブ システム: ミクロンレベルの動作精度に適応し、全体的な柔軟性を向上させます。{0}}
概要: 人型ロボットの技術ピラミッドにおいて、ベアリングは小さいながらも上層と下層を接続する重要なコアです。これは単なる物理的なコネクタではなく、パフォーマンスを実現する要素でもあり、その重要性は次の 3 つの側面で明らかです。 **動作精度の基礎:** 高精度、高剛性のベアリングにより、ロボットのあらゆる動作の滑らかさ、精度、安定性が保証されます。-器用な手の微細な操作から脚の関節の強力なサポートまで、ベアリングの微細な誤差さえも増幅され、ロボットの全体的な動作パフォーマンスが直接決まります。{4}}
**耐荷重能力と寿命の保証:** ヒューマノイド ロボットは、動的な環境における複雑な多次元の負荷に耐える必要があります。-特殊な薄肉アンギュラ玉軸受、クロスローラー軸受、その他の軽量設計は、優れた転倒防止機能と疲労強度を提供し、ロボットの長期にわたる信頼性の高い動作の基礎を形成します。-
**エネルギー効率と統合の鍵:** 低摩擦ベアリングは電力損失を低減し、エネルギー効率を向上させ、ロボットの耐久性を間接的に延長します。{0}}同時に、コンパクトなベアリング（4 点接触ボールベアリングなど）の登場により、ロボットの関節設計における貴重なスペースが節約され、より高度な統合が可能になりました。
