Gearboxes (reductoras) para articulaciones

Por qué una reductora

Un motor eléctrico es rápido y poco potente. Con relación N: velocidad ÷ N, torque × N. La potencia (P = torque · velocidad) no se crea; algo se pierde por fricción.

Ejemplo: motor a 3000 rpm con 10:1 → articulación a 300 rpm con unas 10 veces más torque, menos pérdidas.

Analogía: las marchas de una bici. Marcha corta para subir una cuesta: mucho torque, poca velocidad.

Familias

• Engranajes rectos: simples y baratos (dentro de cada servo del SO-101).
• Planetario: compacto y robusto. Sol, planetas, corona (ring) y portasatélites (carrier). Con la corona fija, sol de entrada y carrier de salida: relación = 1 + Nring / Nsun. Ejemplo: sol 9, corona 47 → ≈ 6,2:1.
• Harmonic drive (strain wave): un engranaje flexible deformado por un generador elíptico gira dentro de una corona rígida con 2 dientes más. relación = Nflex / 2 (100 dientes → 50:1). Relación alta en una etapa y casi sin holgura, pero muy difícil de mover desde fuera. Típico de brazos industriales.
• Cicloidal: aguanta bien los golpes.

Quasi-direct drive y back-drive

• Relación alta: mucho torque pero rígida; cuesta moverla desde fuera (no back-drivable) y un golpe puede romper dientes.
• Relación baja (quasi-direct drive): menos torque, la pata cede al impacto y la corriente del motor sirve como medida de fuerza.

Humanoides y cuadrúpedos chocan con el suelo a cada paso: necesitan sentir y absorber impactos. Por eso usan motores brushless con planetarios de relación baja y compensan con motores más grandes.

Preguntas típicas

¿Por qué no usan harmonic drive en las piernas? Porque es rígido y difícil de mover desde fuera; una pierna necesita ceder al golpear el suelo. Además, es más caro.

¿Qué es un series elastic actuator? Un muelle entre motor y carga para medir fuerza (por la deformación del muelle) y absorber impactos.