La selección de actuadores articulares para robots en robots humanoides es esencialmente una combinación precisa de requisitos funcionales, compensaciones de rendimiento y control de costes. Entre las soluciones principales actuales, los actuadores articulares armónicos suelen priorizarse para las extremidades superiores, mientras que los actuadores articulares planetarios se prefieren para las extremidades inferiores. Esta combinación no es casual, sino la solución óptima derivada de las distintas características de movimiento de la parte superior e inferior del cuerpo. Los enfoques diferenciados de empresas como Unitree y UBTECH también surgen de consideraciones específicas vinculadas a su posicionamiento de producto.

Articulaciones de las extremidades superiores: precisión y destreza como requisitos principales

El principal requisito para las articulaciones de las extremidades superiores es destreza y alta precisión, cualidades que los actuadores armónicos están especialmente capacitados para ofrecer. Los actuadores armónicos utilizan un generador de ondas para impulsar la deformación elástica del flexspline y lograr transmisión por engranaje, permitiendo una precisión de posicionamiento ultra alta de menos de 1 minuto de arco. Su juego casi nulo permite a los robots realizar operaciones delicadas, como agarrar objetos pequeños y ejecutar tareas de ensamblaje de precisión.

Además, los actuadores armónicos presentan una estructura extremadamente compacta y ligera. Con la misma relación de reducción, su volumen es significativamente menor que el de los módulos planetarios, reduciendo eficazmente la masa de las extremidades superiores y optimizando la distribución general del centro de gravedad del robot.

Los datos muestran que los actuadores armónicos ofrecen una excelente densidad de par, alcanzando 57.8 N·m/kg con un peso de solo 0.84 kg, lo que los hace ideales para articulaciones de extremidades superiores con espacio limitado, como hombro, codo y muñeca, que requieren movimiento de alta precisión. Sin embargo, sus limitaciones también son evidentes: la deformación elástica del flexspline resulta en una resistencia a impactos relativamente pobre, haciéndolos menos adecuados para cargas pesadas repentinas.

Articulaciones de las extremidades inferiores: estabilidad y capacidad de carga como prioridad

Las articulaciones de las extremidades inferiores son responsables de soportar cargas de manera estable, lo que hace de los actuadores planetarios la opción más equilibrada. Los actuadores planetarios dependen del engranaje rígido entre el engranaje solar y los engranajes planetarios, logrando eficiencias de transmisión de hasta 95–97%. Su resistencia a impactos supera con creces la de los módulos armónicos, permitiéndoles soportar fácilmente las fuerzas de reacción del suelo durante la locomoción bípeda, así como el peso propio del robot.

Cabe destacar que incluso una solución de reducción planetaria de una sola etapa puede soportar cargas de cientos de kilogramos, cumpliendo plenamente con los requisitos de caminar y transportar carga.

Igualmente importante es que los actuadores planetarios ofrecen una excelente relación costo-eficacia. El costo de una unidad de una sola etapa suele ser de solo unos pocos cientos de RMB, significativamente menor que el de los actuadores armónicos. Con una cadena de suministro doméstica madura, los actuadores planetarios son adecuados para la producción en masa a gran escala. Además, las articulaciones de las extremidades inferiores generalmente tienen más espacio de instalación y no requieren una extrema compacidad, lo que naturalmente acomoda el tamaño relativamente mayor de los actuadores planetarios con relaciones de reducción equivalentes.

Excepciones: enfoques diferenciados impulsados por el posicionamiento de producto

Sin embargo, hay excepciones notables. Las estrategias diferenciadas adoptadas por Unitree y UBTECH están principalmente impulsadas por su posicionamiento de producto distinto.

Unitree se centra en robots pequeños y ligeros. Su robot G1 utiliza un actuador planetario de desarrollo propio que ofrece un par instantáneo de hasta 140 N·m dentro de un factor de forma compacto, haciéndolo adecuado para escenarios altamente dinámicos como correr y saltar. Este enfoque sacrifica algo de precisión de posicionamiento a cambio de una mayor resistencia a impactos y ventajas de coste.

En contraste, el Walker S1 de UBTECH adopta actuadores armónicos en todas las articulaciones, apuntando a aplicaciones industriales de alta precisión. Con un par máximo que alcanza 250 N·m, se utiliza refuerzo estructural para compensar las limitaciones inherentes de resistencia a impactos de los accionamientos armónicos, permitiendo su despliegue en escenarios con requisitos extremadamente altos de precisión operativa.

Ambos enfoques demuestran que, basándose en sus escenarios de aplicación principales, estas empresas han optado deliberadamente por abandonar una configuración genérica en favor de soluciones de actuadores altamente personalizadas.