L’entraînement harmonique est une innovation mécanique brillante – un dispositif de précision capable de convertir une entrée à haute vitesse et faible couple en une sortie à basse vitesse et couple élevé. Un entraînement harmonique est composé de trois éléments principaux :
- La Couronne Fixe (à gauche) : un anneau rigide avec des dents internes
- Le Flexspline (au centre) : un engrenage flexible à paroi mince avec des dents externes, typiquement avec deux dents de moins que la couronne fixe
- Le Générateur d’Onde (à droite) : un composant elliptique équipé de roulements à billes
Mais comment fonctionne-t-il à l’intérieur des articulations des robots humanoïdes ? Quelles barrières technologiques définissent ses performances ?
Fonctionnement de l’Entraînement Harmonique
Lorsque le générateur d’onde est inséré dans le flexspline, il déforme ce dernier en une forme elliptique. Cela provoque l’engagement des dents externes du flexspline avec les dents internes de la couronne fixe aux deux extrémités du grand axe de l’ellipse, tout en les désengageant le long du petit axe.
Lorsque le générateur d’onde tourne, il force le flexspline à subir une déformation radiale périodique.
Puisque le flexspline a deux dents de moins que la couronne fixe :
- Lorsque le générateur d’onde tourne de 180° dans le sens horaire, le flexspline se déplace d’une dent dans le sens antihoraire par rapport à la couronne fixe
- Lorsque le générateur d’onde effectue une rotation complète, le flexspline se déplace de deux dents
Cette différence fondamentale du nombre de dents produit un rapport de réduction élevé et une amplification du couple.
Parce que l’entraînement harmonique est extrêmement compact, il est devenu largement utilisé dans les articulations des robots humanoïdes.
Barrières Techniques Fondamentales
1. Matériau de la Spline Flexible & Résistance à la Fatigue
La spline flexible subit des déformations élastiques fréquentes à l’échelle microscopique. Cela nécessite des matériaux possédant :
- Des limites élastiques extrêmement élevées
- Une résistance exceptionnelle à la fatigue
- Des niveaux de pureté contrôlés avec précision
Des aciers spéciaux doivent être utilisés, avec un temps et une température de traitement thermique précisément contrôlés, pour atteindre la ténacité et la résistance requises.
2. Rigidité de la Spline Circulaire & Résistance à l’Usure
Pendant l’engagement, la spline circulaire doit rester essentiellement non déformée afin que toute la déformation introduite par le générateur d’onde soit transférée à la spline flexible. Cela nécessite des matériaux possédant :
- Une rigidité élevée
- Une excellente résistance à l’usure
3. Avantages du PEEK5600CF30
Le PEEK5600CF30 offre :
- Un module élevé
- Un faible frottement
- Un faible taux d’usure
Les splines circulaires fabriquées en PEEK5600CF30, lorsqu’elles sont associées à des splines flexibles en acier, peuvent maintenir la précision de transmission tout en offrant :
- Une réduction de poids significative
- Une résistance à l’usure améliorée
- Une réduction du bruit de fonctionnement
Dans les applications de robots humanoïdes, les ensembles d’entraînement harmonique en PEEK peuvent atteindre :
- Jusqu’à 40% de réduction de poids
- Jusqu’à 20% d’économie d’espace
La réduction du poids augmente la capacité de charge utile du robot et prolonge l’autonomie de la batterie.
4. Profil de denture : la précision détermine les performances
La conception du profil de denture régit :
- La précision de transmission
- La durée de vie
- La rigidité
- Le rendement
Un profil bien conçu assure un engrènement continu, fluide et sans jeu, minimisant l’erreur de transmission.
5. Exigences de fabrication de haute précision
La fabrication de la roue flexible et du générateur d’onde nécessite une précision au niveau du micron, reposant sur :
- Des centres d’usinage cinq axes de haute précision
- Des machines à tailler les engrenages
- Des outils de coupe spécialisés
L’équipement est coûteux et les opérateurs nécessitent une expertise technique élevée.
Pour une production de masse évolutive, les fabricants doivent garantir :
- Des performances matérielles stables
- Des procédés d’usinage et d’assemblage fiables
- Des systèmes d’inspection complets et traçables
- Un contrôle des coûts rigoureux
Ce n’est qu’à ces conditions que des réducteurs harmoniques de haute précision peuvent être produits à faible coût et en grand volume.
Perspectives futures
L’industrie de la robotique humanoïde connaît une croissance explosive alors que les entreprises leaders mondiales accélèrent la R&D et l’industrialisation. En tant que composant central des articulations robotiques, les réducteurs harmoniques voient leur demande augmenter fortement.
Utilisation actuelle dans les robots humanoïdes grand public
- Les robots humanoïdes internationaux utilisent généralement 14 réducteurs harmoniques dans 28 actionneurs rotatifs
- Les robots humanoïdes domestiques utilisent généralement 3 à 6 unités
- Les réducteurs harmoniques à base de PEEK ont encore une marge de croissance significative
Prévisions de la demande du marché mondial
Selon Dongwu Securities :
- 2025 : ~160 000 réducteurs harmoniques
- 2026 : ~900 000 unités
- 2027 : ~6 000 000 unités
- 2030 : Les ventes mondiales de robots humanoïdes devraient atteindre 3,5 millions d’unités
- Avec une moyenne de 10 réducteurs harmoniques par robot, la demande totale du marché dépassera 42 millions d’unités
Le rôle de Junhua dans l’avenir de la robotique humanoïde
En tant que fournisseur spécialisé dans l’industrie des matériaux PEEK, Junhua possède une chaîne de production entièrement intégrée et s’engage à fournir des solutions d’application à base de PEEK pour les robots humanoïdes.
Nous accompagnons nos clients tout au long du processus de développement — permettant des composants légers et hautes performances ainsi qu’une production de masse rentable pour la prochaine génération de robots humanoïdes.