Inception Drive: uma transmissão compacta e infinitamente variável para robótica

No ano passado, Alexander Kernbaum da SRI nos apresentou o Abacus Drive, um novo tipo de transmissão rotativa baseada em movimento de rolamento puro que promete ser muito mais barato e muito mais eficiente energeticamente do que as engrenagens harmônicas, que são o padrão atual (e bastante caro). Agora Kernbaum está de volta com outro projeto de transmissão engenhoso - e inteligentemente nomeado. Chama-se Inception Drive e ele a descreve como "uma transmissão ultracompacta e infinitamente variável baseada em uma nova configuração de polia aninhada" projetada para tornar os robôs - e todos os tipos de outras coisas - mais seguros, acessíveis e muito mais eficientes. .

Em uma transmissão infinitamente variável (IVT), que é um tipo específico de transmissão continuamente variável, a relação de transmissão inclui um ponto zero que pode ser aproximado de um lado positivo ou negativo. Em outras palavras, uma entrada constante, como um motor elétrico girando na mesma direção na mesma velocidade, pode ser convertida em uma saída que está girando mais rápido, girando mais devagar, girando na direção oposta ou não girando (neste "engrenagem neutro", você precisaria de infinitas revoluções de entrada para causar uma revolução de saída, daí o nome "transmissão infinitamente variável").

IVTs já existem: o conceito não é novo. O que há de novo no SRI é a engenharia inteligente que torna o Inception Drive uma ordem de grandeza menor e mais leve do que os IVTs existentes. Isso é importante porque significa que os IVTs podem ser integrados a aplicativos robóticos de uma forma que antes era fisicamente impossível.

A razão pela qual uma transmissão como esta é importante para a robótica é principalmente por causa da eficiência que ela permite, como explica Kernbaum em um artigo apresentado no ICRA no início deste ano:

Não é incomum que uma transmissão robótica tenha menos de 50% de eficiência…. Quando a velocidade de saída muda com frequência, é impossível otimizar um motor e um sistema de transmissão de relação fixa para tamanho, desempenho e eficiência ao mesmo tempo: A relação fixa da transmissão causa perdas substanciais no motor. Por exemplo, um motor elétrico de alta qualidade pode ser 90% eficiente ao operar em alta velocidade e baixo torque, mas em aplicações robóticas, o sistema deve ser projetado para atingir os picos de torque e velocidade necessários no menor pacote possível, resultando em um sistema que quase nunca opera perto de sua eficiência máxima.

Uma transmissão de taxa variável pode ajudar a alinhar a velocidade do motor com sua eficiência máxima ou potência máxima, mas seu tamanho, peso e complexidade historicamente impediram seu uso na maioria das aplicações robóticas e industriais. É aqui que a transmissão infinitamente variável (IVT) ultracompacta da SRI pode desempenhar um papel fundamental. Seu tamanho pequeno, simplicidade e saída reversível permitem várias novas aplicações para transmissões de velocidade variável. É pequeno o suficiente para substituir as transmissões de taxa fixa em robôs, onde acreditamos que pode reduzir o consumo de energia de muitas plataformas robóticas pela metade, dobrando a vida útil da bateria para plataformas móveis.

Se você não consegue entender como funciona no vídeo (e até mesmo Kernbaum admite que é difícil de visualizar), leia a explicação que apresentamos abaixo e, em seguida, assista ao vídeo novamente e veja se ajuda.

Existem algumas coisas muito importantes acontecendo aqui que são muito difíceis de ver, porque estão acontecendo dentro da própria unidade. A primeira coisa é como as duas polias interagem umas com as outras. Isso acontece através da correia em V, claro, mas não é como se uma polia girasse, que gira a correia, que faz com que a outra polia gire, como em uma transmissão convencional. Em vez disso, a polia externa é fixa e não gira, enquanto a polia interna, que está aninhada dentro da unidade, apresenta uma oscilação, pois é montada fora do centro do eixo de entrada. (O nome do dispositivo é uma referência ao filme A Origem, mas com polias aninhadas em vez de sonhos.)

Como o eixo de entrada faz com que a polia interna oscile em um movimento circular, ele levanta continuamente a correia em V da polia externa em sua oscilação externa e coloca a correia em V novamente quando a oscilação é interna. Se os diâmetros efetivos das polias interna e externa forem os mesmos, a correia em V apenas será transferida para frente e para trás entre as duas polias e não acontecerá muita coisa. Mas se os diâmetros efetivos das polias interna e externa forem diferentes, a correia em V será puxada em uma direção ou outra enquanto tenta manter as duas polias conectadas. Como a polia externa não gira, a força exercida pela correia em V faz com que a polia interna gire, e esta é a saída da transmissão.