Componentes de precisión para robots humanoides – Engranes para actuadores 

Ambos tipos de engranes convierten la rápida rotación de un motor eléctrico en un movimiento articular lento y potente, aunque de formas muy diferentes.  

Las transmisiones armónicas aprovechan la deformación elástica del Flexspline provocada por el generador de ondas y, de este modo, alcanzan relaciones de reducción muy elevadas (hasta 100:1) en una sola etapa, con un área de montaje reducido y sin holgura. Los engranes planetarios distribuyen la carga entre varios engranes simultáneamente y son especialmente resistentes, pero requieren varias etapas para obtener relaciones de reducción elevadas. En los robots humanoides se utilizan ambos tipos de forma específica en función de los requisitos de las articulaciones. 

Los flexsplines se encuentran entre las tareas de dentado más exigentes en la fabricación de precisión. 

El espesor de las paredes es inferior a un milímetro; incluso fuerzas de sujeción mínimas pueden provocar deformaciones elásticas y, por lo tanto, errores en el dentado. Por ello, EMAG utiliza mandriles de sujeción de expansión hidráulica que distribuyen la fuerza de sujeción de manera uniforme por toda la superficie interior del cuerpo. A esto se suman materiales de alta resistencia con valores de dureza de 38-42 HRC, así como el requisito de calidad de dentado de clase DIN 4 con tolerancias de paso en el rango de un solo dígito en micrómetros. 

EMAG ofrece procesos especializados para cada uno de los tres componentes principales. 

Para los Flexsplines se utiliza el fresado por generación en las máquinas de la serie K con fresas de metal duro especiales y estrategias de compensación para errores de sincronización. Los generadores de onda se mecanizan íntegramente en una sola configuración en la VLC 350 GT mediante una combinación de torneado, fresado y rectificado. Los engranes planetarios pasan por una cadena de procesos que incluye fresado por generación, cementación y acabado de precisión, ya sea mediante fresado por generación con corte tangencial, rectificado de engranes o rectificado de perfiles. 

La fabricación de flexsplines comprende el mecanizado en caliente y en duro en estrecha coordinación. 

La cadena de procesos comienza con el torneado en caliente para crear la geometría, seguido del tratamiento térmico (templado, tratamiento criogénico, revenido) y el torneado en frío de las superficies funcionales. A continuación, se realiza el afilado del orificio interior, que sirve como referencia de sujeción de precisión para el fresado por generación de los perfiles de los dientes. El proceso concluye con el desbarbado, la limpieza y el granallado. Cada paso está coordinado con el siguiente, ya que los errores repercuten directamente en la calidad final del engrane. 

EMAG ofrece plataformas de máquinas adecuadas para cada componente. 

Para los Flexsplines están disponibles la K 160 (hasta aprox. 100 mm de diámetro exterior, diseño abierto) y la K 300 (hasta 140 mm, bastidor cerrado para una mayor rigidez). Los generadores Wave se mecanizan en la VLC 350 GT (torneado, fresado y rectificado en una sola máquina). Para los engranes planetarios, la K 160 es adecuada para el fresado por generación, así como la G 160, la G 250 HS o la G 375 H para el rectificado posterior de precisión en material duro. 

Los tipos de calidad alcanzables varían en función del componente y del proceso, pero siempre se sitúan en el rango de la más alta precisión.  

En el caso de los Flexsplines, EMAG logra de forma demostrable una calidad de dentado conforme a la norma DIN 3960/62 o ISO 1328 clase 4, con tolerancias de paso en el rango de un solo dígito en micrómetros y una concentricidad inferior a 5 µm. Los generadores Wave alcanzan tolerancias de concentricidad y simetría de ≤ 3 µm gracias al mecanizado completo en una sola operación de sujeción. Los engranes planetarios se fabrican, según el procedimiento, en las clases DIN 4 a 6; los requisitos emergentes en la robótica humanoide exigen cada vez más la clase 4 antes del tratamiento térmico. 

La principal aplicación se encuentra en los actuadores de rotación de robots humanoides.  

Los robots humanoides actuales necesitan al menos 14 actuadores rotativos, distribuidos entre las articulaciones de hombros, codos, caderas y rodillas. Los engranes ondulados con Flexspline y Wave Generator se utilizan preferentemente en aquellos puntos donde son esenciales la ausencia de holgura, la compacidad y una alta relación de reducción. Los engranajes planetarios se emplean en articulaciones con altos pares de torsión. Con el desarrollo creciente de manos robóticas con mayor capacidad de motricidad fina, también aumenta la necesidad de variantes miniaturizadas de engranajes, un campo de aplicación en expansión para las soluciones de fabricación de EMAG.  

Los factores clave son tiempos de ciclo cortos, bajas tasas de rechazo y una reducción de los tiempos de preparación. 

La combinación de prefresado y rectificado de acabado del contorno elíptico en el Wave Generator permite ahorrar entre un 30 y 40 % del tiempo de mecanizado en comparación con el rectificado exclusivo. El mecanizado completo en una sola sujeción reduce los tiempos de proceso y elimina los errores por reclampe como causa de piezas rechazadas. 

Para los engranes planetarios, el proceso alternativo de “rectificado desde material macizo” acorta la cadena de procesos al eliminar la operación previa de tallado del dentado. La máquina G 375 H permite además una operación económica incluso con geometrías de piezas variables gracias a sus cortos tiempos de preparación.