Composants de précision pour robots humanoïdes – Engrenages pour actionneurs 

Ces deux types de réducteurs transforment la rotation rapide d'un moteur électrique en un mouvement articulaire lent et puissant, mais de manière très différente.  

Les engrenages à ondes utilisent la déformation élastique du Flexspline provoquée par le générateur d'ondes et permettent ainsi d'atteindre des rapports de réduction très élevés (jusqu'à 100:1) en un seul étage, avec un encombrement réduit et un jeu nul. Les réducteurs planétaires répartissent la charge sur plusieurs engrenages simultanément et sont particulièrement résistants, mais nécessitent plusieurs étages pour obtenir des rapports de réduction élevés. Dans les robots humanoïdes, les deux types sont utilisés de manière ciblée en fonction des exigences des articulations. 

Les flexsplines comptent parmi les tâches de taillage les plus complexes dans le domaine de la fabrication de précision. 

L'épaisseur des parois est inférieure à un millimètre : même de faibles forces de serrage peuvent entraîner des déformations élastiques et donc des défauts de denture. C'est pourquoi EMAG utilise des mandrins de serrage à expansion hydraulique qui répartissent uniformément la force de serrage sur toute la surface interne de l'enveloppe. À cela s’ajoutent des matériaux à haute résistance présentant des valeurs de dureté comprises entre 38 et 42 HRC, ainsi que l’exigence d’une qualité de denture de classe DIN 4 avec des tolérances de pas de l’ordre de quelques micromètres. 

EMAG propose des procédés spécialisés pour chacun des trois composants principaux. 

Pour les Flexsplines, on utilise le taillage sur les machines de la série K avec des fraises-mères spéciales en carbure et des stratégies de compensation des erreurs de synchronisation. Les générateurs Wave sont usinés intégralement en un seul serrage sur la VLC 350 GT grâce à une combinaison de tournage, de fraisage et de rectification. Les roues planétaires sont soumises à une chaîne de processus comprenant le taillage, la cémentation et l'usinage de précision – au choix par taillage par enlèvement de copeaux, rectification par génération ou rectification de profil. 

La fabrication des Flexsplines comprend un usinage à froid et un usinage à chaud étroitement coordonnés. 

La chaîne de processus commence par le tournage à froid pour la réalisation de la géométrie, suivi d'un traitement thermique (trempe, traitement cryogénique, revenu) et du tournage à froid des surfaces fonctionnelles. L'alésage intérieur est ensuite honé – il sert de référence de serrage précise pour le taillage de la denture. Le processus se termine par l'ébavurage, le nettoyage et le grenaillage. Chaque étape est coordonnée avec la suivante, car les erreurs ont un impact direct sur la qualité finale de la denture. 

EMAG propose des plateformes de machines adaptées à chaque composant. 

Pour les Flexsplines, on dispose de la K 160 (jusqu’à environ 100 mm de diamètre extérieur, construction ouverte) et de la K 300 (jusqu’à 140 mm, châssis fermé pour une rigidité accrue). Les générateurs Wave s sont usinés sur la VLC 350 GT (tournage, fraisage, rectification sur une seule machine). Pour les engrenages planétaires, la K 160 convient au taillage par fraisage, tandis que les modèles G 160, G 250 HS ou G 375 H sont adaptés à la rectification de précision sur durci qui suit. 

Les classes de qualité atteignables varient en fonction du composant et du procédé, mais se situent toujours dans la plage de la plus haute précision. 

Pour les Flexsplines, EMAG atteint de manière vérifiable une qualité de denture conforme à la norme DIN 3960/62 ou ISO 1328 classe 4, avec des tolérances de pas de l'ordre du micromètre et une concentricité inférieure à 5 µm. Les générateurs Wave atteignent des tolérances de concentricité et de symétrie de ≤ 3 µm grâce à un usinage complet en un seul serrage. Les roues planétaires sont fabriquées selon la classe DIN 4 à 6 en fonction du procédé ; les exigences émergentes en robotique humanoïde requièrent de plus en plus la classe 4 avant la trempe. 

Leur principale application réside dans les actionneurs rotatifs des robots humanoïdes. 

Les robots humanoïdes actuels nécessitent au moins 14 actionneurs rotatifs, répartis entre les articulations des épaules, des coudes, des hanches et des genoux. Les réducteurs à arbre cannelé avec Flexspline et Wave Generator sont privilégiés lorsque l'absence de jeu, la compacité et un rapport de réduction élevé sont déterminants. Les réducteurs planétaires prennent en charge les articulations soumises à des couples élevés. Avec le développement croissant des mains robotiques à motricité fine, la demande en réducteurs miniaturisés augmente également – un domaine d’application en pleine expansion pour les solutions de fabrication EMAG. 

Des temps de cycle courts, de faibles taux de rebut et des coûts de préparation minimisés sont déterminants. 

La combinaison du pré-fraisage et de la rectification de finition du contour elliptique sur le Wave Generator permet de gagner 30 à 40 % de temps d'usinage par rapport à la rectification seule. L'usinage complet en un seul serrage réduit les délais d'exécution et élimine les erreurs de repositionnement, cause fréquente de rebut. Pour les engrenages planétaires, le procédé alternatif « rectification à partir de la pièce brute » raccourcit la chaîne de processus en supprimant le pré-taillage. Grâce à ses temps de préparation courts, la G 375 H permet en outre un fonctionnement rentable, même en cas de géométries de pièces variables.