Le réducteur harmonique (harmonic drive), aussi appelé réducteur à onde de déformation, est un type particulier de réducteur qui, dans un boîtier petit et léger, atteint un rapport de réduction très élevé pratiquement sans jeu. C’est précisément le jeu nul (zero backlash) et la précision qui en font un choix prisé pour les articulations de robots humanoïdes, où comptent la répétabilité et le contrôle fin de la force.
Le principe est ingénieux et exploite l’élasticité du métal. Le réducteur comporte trois parties principales : un générateur d’ondes, une roue dentée flexible (flexspline) et une roue dentée rigide (circular spline). Le générateur d’ondes a une forme elliptique et déforme la fine roue flexible de sorte que ses dents ne s’engrènent dans la roue rigide qu’en deux points diamétralement opposés, le long du grand axe de l’ellipse. La roue flexible possède deux dents de moins que la roue rigide, de sorte qu’un tour du générateur ne fait avancer la roue flexible que de deux dents — d’où un rapport de réduction très élevé. Comme les dents sont en prise permanente et précontraintes, le réducteur n’a pas de jeu mécanique.
Pour la robotique, cela représente plusieurs avantages fondamentaux. Le rapport élevé permet d’obtenir, à partir d’un moteur BLDC rapide mais relativement faible, un grand couple dans une articulation compacte. Le jeu nul garantit que le robot sait précisément où se trouve l’articulation et peut réguler finement la position comme la force. La faible masse est importante en particulier dans les mains et les avant-bras, où chaque gramme se répercute sur la dextérité.
On trouve le réducteur harmonique dans les actionneurs de nombreux humanoïdes avancés — l’utilisent notamment Atlas, Optimus, Figure ainsi que le chinois Fourier GR-1. Le prix de la précision est un coût plus élevé et une moins bonne rétro-entraînabilité : à cause du rapport élevé, l’articulation oppose une grande résistance lorsqu’on la pousse de l’extérieur. Pour les tâches exigeant souplesse et réaction rapide, certains fabricants préfèrent donc l’entraînement quasi direct (QDD) ou un réducteur planétaire plus robuste.