Inception Drive: una trasmissione compatta e infinitamente variabile per la robotica

L'anno scorso, Alexander Kernbaum della SRI ci ha presentato Abacus Drive, un nuovo tipo di trasmissione rotativa basata sul puro movimento rotatorio che promette di essere molto più economico ed efficiente dal punto di vista energetico rispetto agli ingranaggi armonici, che sono lo standard attuale (e piuttosto costoso). Ora Kernbaum è tornato con un altro progetto di trasmissione ingegnoso e dal nome intelligente. Si chiama Inception Drive e lo descrive come "una trasmissione ultracompatta e infinitamente variabile basata su una nuova configurazione di pulegge annidate" progettata per rendere i robot e tutti i tipi di altre cose più sicuri, più convenienti e molto più efficienti. .

In una trasmissione a variazione continua (IVT), che è un tipo specifico di trasmissione a variazione continua, il rapporto di trasmissione include un punto zero a cui è possibile avvicinarsi da un lato positivo o negativo. In altre parole, un input costante, come un motore elettrico che gira nella stessa direzione alla stessa velocità, può essere convertito in un output che gira più velocemente, gira più lentamente, gira nella direzione opposta o non gira affatto (in questo "gear geared") modalità neutra", sarebbero necessarie infinite rivoluzioni in ingresso per provocare una rivoluzione in uscita, da qui il nome "trasmissione infinitamente variabile").

Gli IVT esistono già: il concetto non è nuovo di zecca. La novità assoluta di SRI è l'ingegneria intelligente che rende Inception Drive un ordine di grandezza più piccolo e leggero degli IVT esistenti. Questo è un grosso problema perché significa che gli IVT possono essere integrati in applicazioni robotiche in un modo che prima era fisicamente impossibile.

Il motivo per cui una trasmissione come questa è importante per la robotica è principalmente dovuto all’efficienza che consente, come spiega Kernbaum in un documento presentato all’ICRA all’inizio di quest’anno:

Non è raro che una trasmissione robotizzata abbia un'efficienza inferiore al 50%…. Quando la velocità di uscita cambia frequentemente, è impossibile ottimizzare contemporaneamente un motore e un sistema di trasmissione a rapporto fisso per dimensioni, prestazioni ed efficienza: il rapporto fisso della trasmissione provoca perdite sostanziali all'interno del motore. Ad esempio, un motore elettrico di alta qualità può essere efficiente al 90% quando funziona ad alta velocità e bassa coppia, ma nelle applicazioni robotiche il sistema deve invece essere progettato per raggiungere le coppie e le velocità di picco necessarie nel più piccolo pacchetto possibile, con conseguente un sistema che non funziona quasi mai vicino alla sua massima efficienza.

Una trasmissione a rapporto variabile può aiutare ad allineare la velocità del motore con la sua efficienza o potenza di picco, ma le loro dimensioni, peso e complessità ne hanno storicamente precluso l’uso nella maggior parte delle applicazioni robotiche e industriali. È qui che la trasmissione ultracompatta a variazione continua (IVT) di SRI può svolgere un ruolo chiave. Le sue dimensioni ridotte, la semplicità e l'uscita reversibile consentono numerose nuove applicazioni per le trasmissioni a velocità variabile. È abbastanza piccolo da sostituire le trasmissioni a rapporto fisso nei robot, dove crediamo possa dimezzare il consumo energetico di molte piattaforme robotiche, raddoppiando la durata della batteria per le piattaforme mobili.

Se non riesci a capire bene come funziona dal video (e anche Kernbaum ammette che è difficile da visualizzare), leggi la spiegazione che abbiamo fornito di seguito, quindi guarda di nuovo il video e vedi se aiuta.

Ci sono alcune cose molto importanti che accadono qui che sono molto difficili da vedere, perché accadono all'interno del disco stesso. La prima cosa è come le due pulegge interagiscono tra loro. Ciò avviene attraverso la cinghia trapezoidale, ovviamente, ma non è come se una puleggia girasse, facendo girare la cinghia, che fa girare l'altra puleggia, come in una trasmissione convenzionale. Piuttosto, la puleggia esterna è fissa e non gira affatto, mentre la puleggia interna, che è annidata all'interno della trasmissione, oscilla, poiché è montata decentrata rispetto all'albero di ingresso. (Il nome del dispositivo è un riferimento al film Inception, ma con pulegge annidate al posto dei sogni.)

Poiché l'albero di ingresso fa oscillare la puleggia interna con un movimento circolare, solleva continuamente la cinghia trapezoidale dalla puleggia esterna durante la sua oscillazione verso l'esterno e abbassa nuovamente la cinghia trapezoidale quando l'oscillazione è verso l'interno. Se i diametri effettivi delle pulegge interna ed esterna sono gli stessi, la cinghia trapezoidale verrà semplicemente trasferita avanti e indietro tra le due pulegge e non accadrà molto. Ma se i diametri effettivi delle pulegge interna ed esterna sono diversi, la cinghia trapezoidale verrà tirata in una direzione o nell'altra mentre cerca di mantenere collegate le due pulegge. Poiché la puleggia esterna non ruota, la forza esercitata dalla cinghia trapezoidale fa ruotare invece la puleggia interna, e questa è l'uscita della trasmissione.