Napęd harmoniczny a przekładnia planetarna: wybór odpowiedniego zrobotyzowanego reduktora przegubu

Kiedy przegub nadgarstka robota współpracującego odchyla się o 0,08 mm pod obciążeniem 1,5 kg, uszkodzonym elementem rzadko jest serwomotor. To jest reduktor. W przypadku połączeń robotycznych wybór napędu harmonicznego i przekładni planetarnej określa dokładność pozycjonowania, gęstość momentu obrotowego, zgodność i koszt większy niż jakikolwiek inny podzespół. Prawdziwym pytaniem nie jest, która technologia jest w skrócie lepsza, ale która odpowiada profilowi ​​ruchu stawu.

W tym przewodniku porównano obie technologie, wykorzystując mierzalne parametry: luz, sztywność skrętną, gęstość momentu obrotowego, prędkość i żywotność. Kończy się praktycznymi ramami doboru, które inżynier projektant może zastosować przed złożeniem zamówienia.

Napęd harmoniczny a przekładnia planetarna: zacznij od luzu i gęstości momentu obrotowego

W przypadku przegubów robotycznych napęd harmoniczny zapewnia mniejszy luz i większą gęstość momentu obrotowego, natomiast przekładnia planetarna zapewnia większą sztywność i niższy koszt w przeliczeniu na niutonometr.

Luz to swobodny ruch kątowy wyjścia, gdy wejście jest trzymane. W przegubie robota objawia się to jako martwa strefa w reakcji sterowania oraz jako błąd pozycji w przypadku zmiany kierunku. Napęd harmoniczny odkształca linię elastyczną za pomocą generatora fal, tworząc dwie strefy zazębienia prawie bez przerwy. Typowy napęd harmoniczny osiąga luz 1 min łuku lub lepszy, a wiele modeli osiąga 0,5 min łuku. Standardowa przekładnia planetarna ma luz wewnętrzny pomiędzy kołem słonecznym a przekładniami planetarnymi, więc luz zwykle mieści się w zakresie od 3 do 15 min kątowych; precyzyjne jednostki planetarne osiągają od 1 do 3 minut łuku po wyższej cenie.

Drugą decydującą liczbą jest gęstość momentu obrotowego, czyli znamionowy moment obrotowy na jednostkę średnicy zewnętrznej. Linia elastyczna napędu harmonicznego otacza wielowypust kołowy o dużej średnicy, więc ten sam rozmiar obudowy zapewnia około dwa do trzech razy większy moment obrotowy w porównaniu z porównywalną przekładnią planetarną. W przypadku przegubu robota oznacza to mniejszy i lżejszy nadgarstek o tej samej nośności. Przekładnia planetarna potrzebuje więcej promieniowej przestrzeni dla swoich przekładni planetarnych, przez co jest cięższa przy tym samym wyjściowym momencie obrotowym.

Gdy wymagana jest precyzja trzymania, Przewodnik głębokiego nurkowania z reduktorem harmonicznych omawia bardziej szczegółowo konsekwencje sterowania prawie zerowym luzem.

Elastyczny reduktor biegów serii BSHF z wałem drążonym Ten reduktor harmonicznych oferuje niemal zerowy luz i wysoką sztywność, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań wymagających precyzyjnego mocowania. Jego zwarta konstrukcja z wałem drążonym pasuje do przegubów robota o ograniczonej przestrzeni, a niska sztywność skrętna wpływa na dostrajanie sterownika. Zobacz produkt →

Sztywność i rezonans: dlaczego napęd harmoniczny zmienia całą pętlę sterowania

Napęd harmoniczny ma niższą sztywność skrętną niż przekładnia planetarna, ale prawie nie ma w nim luzu, a zmiana ta zmienia reakcję sterownika.

Sztywność skrętna to odporność na ugięcie kątowe pod obciążeniem. Przekładnia planetarna z kilkoma przekładniami planetarnymi stykającymi się tocznie jest sztywna; mała jednostka może wykazywać od 5 do 10 Nm na minutę łuku. Napęd harmoniczny jest bardziej miękki, ponieważ linia flexspline jest zaprojektowana tak, aby się wyginała. Niższa sztywność w połączeniu z zerową szczeliną luzu sprawia, że ​​pętla położenia jest bardziej przewidywalna, ale obniża częstotliwość rezonansu skrętnego.

Jeśli robot wykonuje pozycjonowanie punkt-punkt z małą prędkością i niewielkim ładunkiem, wygrywa napęd harmoniczny. Jeśli przegub musi wytrzymywać siły zewnętrzne lub wytrzymywać duże przyspieszenia, sztywniejszą przekładnię planetarną łatwiej jest ustabilizować, ponieważ pętla sterowania może pracować z większą szerokością pasma bez ekscytujących trybów strukturalnych.

Kiedy przekładnia planetarna jest właściwym wyborem: koszt, cykl pracy i obciążenia udarowe

Przekładnia planetarna to właściwy wybór w przypadku przegubów robotów, które wymagają prędkości wejściowych powyżej 4000 obr./min, muszą wytrzymać obciążenia udarowe lub muszą mieścić się w ograniczonym budżecie.

Przekładnie planetarne są powszechne w robotyce, ponieważ są wydajne (90–97% na stopień), solidne i niedrogie. Pracują z prędkościami wejściowymi od 5000 do 10 000 obr./min, podczas gdy napęd harmoniczny jest zwykle ograniczony do 3000 do 4000 obr./min, ponieważ linia flexspline szybciej się męczy przy dużych prędkościach. Przekładnie planetarne dzielą obciążenie na wiele punktów styku, dzięki czemu siły uderzenia są rozłożone. Cienka linia elastyczna napędu harmonicznego może trwale odkształcić się pod wpływem nadmiernego szczytowego momentu obrotowego lub kolizji. Koszt to trzeci czynnik: przekładnia planetarna o tej samej wielkości ramy kosztuje zazwyczaj od 30 do 50 procent mniej niż napęd harmoniczny. W przypadku robota z sześcioma lub siedmioma przegubami różnica ta jest znacząca.

Spiralny reduktor planetarny serii AHL do serwomotorów Ta śrubowa przekładnia planetarna zapewnia płynną, cichą pracę i wysoki moment obrotowy. Zintegrowane łożyska i bezobsługowy smar redukują przestoje, dzięki czemu jest to opłacalny wybór w przypadku osi barkowych i łokciowych robotów przemysłowych. Zobacz produkt →

Jak dopasować reduktor do złącza robotycznego: praktyczne ramy doboru

Wybierz reduktor, zaczynając od wymagań dotyczących dokładności pozycjonowania, następnie sprawdzając ciągły moment obrotowy i prędkość, a na koniec porównując koszt i żywotność.

Sprawdzenie rzeczywistych wymagań przegubu w celu uniknięcia najczęstszego błędu, jakim jest zamawianie reduktora, który jest przewymiarowany pod względem momentu obrotowego, ale za mały pod względem dokładności.

1. Określ wymaganą powtarzalność na efektorze końcowym, na przykład plus/minus 0,05 mm.
2. Zamień to na rozdzielczość kątową w stawie, korzystając z długości segmentu ramienia.
3. Oblicz ciągły moment obrotowy na podstawie RMS obciążenia silnika i szczytowy moment obrotowy na podstawie profilu przyspieszenia.
4. Określ maksymalną prędkość wejściową, ponieważ prędkość znamionowa przetwornicy harmonicznej jest niższa niż prędkość znamionowa przekładni planetarnej.
5. Sprawdź sztywność skrętną w stosunku do szerokości pasma sterownika.
6. Porównaj całkowity koszt posiadania, łącznie z częściami zamiennymi i oczekiwaną żywotnością.

Doświadczenia BEITTO w zakresie ścieżek napędu harmonicznego i planetarnego

BEITTO produkuje przekładnie planetarne, przekładnie elastyczne i reduktory o wielu wyjściach, dzięki czemu przegub robotyczny można wybrać z dostępnych rodzin produktów, zamiast ograniczać się do jednej technologii.

Zhejiang Beitto Transmission Technology Co., Ltd. (BEITTO) produkuje precyzyjne reduktory planetarne serii 18, elastyczne reduktory biegów serii BSHF, BCSF i BCSG oraz serię TD do przekładni z jednym wejściem i wieloma wyjściami. Firma posiada fabrykę o powierzchni 12 000 metrów kwadratowych, zatrudniającą ponad 90 pracowników i posiadającą ponad 20-letnie doświadczenie w branży skrzyń biegów. W hali produkcyjnej BEITTO stosuje się japońskie metody precyzyjnej produkcji i ścisłą kontrolę jakości, co ma znaczenie, gdy złącze musi utrzymywać znamionowy moment obrotowy przez długi okres użytkowania.

Aby zapewnić elastyczność połączeń robotów i nośność, seria TDCR zapewnia kompaktową konfigurację z wieloma wyjściami. The Seria TDCR została zaprojektowana w celu poprawy elastyczności połączeń robotów i nośność przy zachowaniu niskiego luzu.

Spiralny reduktor skosu z wałem drążonym serii TD-CR Dzięki wyjściu wału drążonego i niskiemu luzowi, ten reduktor przekładni stożkowej zwiększa elastyczność przegubów robota i nośność. Jego bezobsługowa konstrukcja i elastyczny montaż ułatwiają integrację, oferując uzupełnienie napędów harmonicznych w systemach wieloosiowych. Zobacz produkt →

Często zadawane pytania: Napęd harmoniczny a przekładnia planetarna do przegubów robotycznych

Który reduktor ma mniejszy luz dla złącza robotycznego?

Napęd harmoniczny ma mniejszy luz, zazwyczaj 1 minutę łuku lub więcej. Precyzyjna przekładnia planetarna osiąga wartość od 1 do 3 arcmin, ale standardowa jednostka planetarna zwykle mieści się w zakresie od 3 do 15 arcmin.

Czy przekładnia planetarna może zastąpić napęd harmoniczny w nadgarstku robota?

Można, ale połączenie będzie miało większy luz i niższą gęstość momentu obrotowego dla tego samego rozmiaru ramy. Przekładnia planetarna będzie także działać szybciej i lepiej zniesie obciążenia udarowe, co może być zaletą w przypadku nadgarstka z osiami chwytaka.

Jakie jest największe ryzyko przy wyborze reduktora do złącza robota?

Największym ryzykiem jest wybór oparty wyłącznie na znamionowym momencie obrotowym. Wielu inżynierów zapomina sprawdzić sztywność skrętną, prędkość wejściową i rzeczywistą powtarzalność połączenia. Reduktor zbyt miękki może powodować oscylacje, natomiast reduktor zbyt wolny w stosunku do maksymalnej prędkości obrotowej silnika skróci jego żywotność.

Jak obliczyć rozmiar przekładni dla złącza robota?

Zacznij od ciągłego momentu obrotowego na przegubie, pomnóż przez współczynnik szczytowy od 2 do 3 dla przyspieszenia, a następnie potwierdź wymaganą prędkość wejściową. Jeśli złącze wymaga precyzyjnego trzymania, sprawdź także luz i sztywność pętli kontroli położenia.