Napęd harmoniczny a przekładnia planetarna: co wygrywa w przypadku przegubów ramion robota SCARA?

Kompaktowe ramię robota SCARA wykonujące pracę typu pick-and-place 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu w czasie cyklu 0,4 s, z ładunkiem 2 kg i 3000 godzin ciągłej pracy, sprawia, że decyzja dotycząca połączenia reduktora ma kluczowe znaczenie biznesowe. W osi barku, gdzie połączona masa ramienia i ładunek tworzą najwyższy moment, napęd harmoniczny vs przekładnia planetarna wybór określa powtarzalność, odstępy między konserwacjami i całkowity koszt na oś.

Czego wymaga wspólne SCARA od reduktora

Złącze SCARA ma wąski zakres działania, ale mały budżet tolerancji. Przed porównaniem projektów harmonicznych i planetarnych należy zdefiniować trzy niepodlegające negocjacjom wymagania: powtarzalność pozycjonowania, sztywność momentowa i szczytowy chwilowy moment obrotowy.

• Luz: 0,1 do 0,3 min łuku dla osi łokcia i nadgarstka, 0,5 do 1 min łuku dla barku.
• Sztywność: sztywność skrętna musi być odporna na wibracje wzmocnione na długość ramienia.
• Współczynnik bezwładności: bezwładność wirnika reduktora i odbita bezwładność ramienia wpływają na strojenie serwa.
• Cykl pracy: większość przegubów SCARA wykonuje od 1 do 2 milionów cykli rocznie bez okresów konserwacyjnych.

Napęd harmoniczny kontra przekładnia planetarna: gdzie wygrywa harmonia

W przypadku osi łokcia i nadgarstka napęd harmoniczny zapewnia najniższy osiągalny luz w jednostce jednostopniowej. Elastyczny splajn zewnętrzny odkształca się, aby utrzymać kontakt z wielowypustem kołowym, dając luz niemal zerowy bez układu napięcia wstępnego.

Elastyczny reduktor biegów serii BSHF do połączeń o niskim luzie Zaprojektowany z dużym drążonym wałem i kompaktowym korpusem, ten reduktor zapewnia wysoki moment obrotowy i sztywność przy jednoczesnej minimalizacji masy, dzięki czemu idealnie nadaje się do lekkich ramion robotów i precyzyjnych przegubów. Zobacz produkt →

Napędy harmoniczne to także najlżejszy sposób na osiągnięcie dużej redukcji w małej obudowie. Pojedynczy stopień zapewnia przełożenie od 50:1 do 160:1, co eliminuje dodatkowy stopień przekładni lub pasa. W przypadku SCARA o obciążeniu 2 kg oś łokcia podlega znikomym obciążeniom udarowym, więc granica zmęczenia flexspline nie jest czynnikiem ograniczającym przy obciążeniu nominalnym.

Tam, gdzie zmaga się napęd harmoniczny, znajduje się oś barkowa w SCARA o masie 10 kg lub większej. Jednoczęściowy zespół elastycznej linii i łożyska ma niższą tolerancję na wstrząsy niż zestaw hartowanej przekładni planetarnej. Skoki obciążenia spowodowane wykrywaniem kolizji lub szybkim oprzyrządowaniem na końcu ramienia mogą przekroczyć moment obrotowy linii flexspline i spowodować trwałe zestalenie.

Gdzie przekładnie planetarne pokonują napędy harmoniczne

Przekładnie planetarne wygrywają oś barkową większych robotów SCARA, ponieważ wytrzymują wysoki moment obrotowy i obciążenia udarowe dzięki układowi przekładni z rozdzielonym obciążeniem. Kilka przekładni planetarnych dzieli obciążenie, więc szczytowy moment obrotowy rozkłada się na wiele punktów styku zębów.

Reduktor przekładni planetarnej AHB z niskim luzem i wysokim momentem obrotowym Wyposażony w hartowane i szlifowane przekładnie śrubowe, reduktor ten zapewnia płynną, cichą pracę i wysoką sztywność, dzięki czemu dobrze nadaje się do osi barkowych, które wytrzymują duże obciążenia i częste cofanie. Zobacz produkt →

Precyzyjne reduktory planetarne klasy AHB zazwyczaj oferują luz od 1 do 3 min łuku w standardowych wersjach precyzyjnych i od 0,5 do 1 min łuku przy wstępnie naprężonym łożysku wyjściowym. Dzięki hartowaniu i szlifowaniu boki zębów przekładni są odporne na wżery powierzchniowe nawet w przypadku częstych zmian kierunku start-stop. Precyzyjne reduktory planetarne do przegubów robotów regularnie spotykają się z takimi sytuacjami.

Rozwiązanie naprężenia wstępnego o minimalnym naprężeniu lub podkładki łożyskowej w nowoczesnych zespołach planetarnych może spowodować bicie poniżej 0,1 mm. Mimo to wewnętrzne luzy na bokach oznaczają, że zmierzony luz na wyjściu prawie nigdy nie jest mniejszy niż 0,5 minuty łuku bez zaawansowanego hamulca lub stopnia podwójnego napędu.

Bezpośrednie porównanie: napęd harmoniczny a wydajność przekładni planetarnej

Poniższa tabela podsumowuje najważniejsze wskaźniki przy wyborze wspólnego SCARA.

Ważna różnica konstrukcyjna: napędy harmoniczne opierają się na ugięciu flexspline w celu wygenerowania kontaktu z przekładnią, a obciążenie jest przenoszone jednocześnie przez splajn kołowy i flexspline. Przekładnie planetarne wykorzystują trzy lub cztery identyczne planety do rozłożenia obciążenia, więc chwilowe przeciążenie jest bardziej wybaczające.

Wydajność, rozgrzewanie i interakcja serwomechanizmu przy pracy ciągłej

Napędy harmoniczne zapewniają sprawność od 60 do 75 procent przy przełożeniu 50:1, podczas gdy przekładnie planetarne zwykle osiągają od 90 do 95 procent przy tym samym przełożeniu wyjściowym. Różnica uwidacznia się w wytwarzaniu ciepła podczas pracy ciągłej SCARA. Serwomotor musi dostarczać dodatkowy prąd, aby pokonać wyższy moment obrotowy bez obciążenia reduktora harmonicznych w spoczynku, co wpływa na wzmocnienie sterownika i może powodować dryft termiczny w ramieniu kompaktowym.

ZHEJIANG BEITTO TRANSMISSION TECHNOLOGY CO., LTD., działająca pod marką BEITTO, wielokrotnie była świadkiem tego rodzaju awarii w terenie: kolano napędzane harmonicznie, które traci dokładność pozycjonowania po pracy na dwie zmiany, ponieważ temperatura uzwojenia serwa wzrasta o 15 stopni Celsjusza powyżej wartości nominalnej. Reduktory planetarne, z ich prostszymi stratami w elementach tocznych, pozostają chłodniejsze w tym samym cyklu pracy.

Ramy decyzyjne dla konstruktorów robotów SCARA

Wybierz typ reduktora, wdrażając pięcioetapowy proces oceny.

1. Zdefiniuj łączny budżet powtarzalności na podstawie karty specyfikacji produktu SCARA.
2. Oblicz szczytowy i ciągły moment obrotowy na podstawie wyboru silnika i modelu dynamicznego ramienia.
3. Zmierz wymaganą sztywność krańcową w stosunku do długości ramienia.
4. Dopasuj współczynnik redukcji do znamionowych obrotów i momentu obrotowego serwomotoru.
5. Porównaj obciążalność udarową dla konkretnego oprzyrządowania na końcu ramienia i strategii unikania kolizji.

Powszechna zasada stosowana w praktyce: jeśli moment obrotowy osi barkowej przekracza 40 Nm, a robot nie pracuje w ściśle określonych warunkach w pomieszczeniach czystych, bezpieczniejszym wyborem jest opcja planetarna. W przypadku modelu SCARA o udźwigu 5 kg napędy harmoniczne na łokciu i nadgarstku zapewniają lżejsze, prostsze ramię z mniejszą liczbą stopni przełożenia.

Komutator z przekładnią stożkową spiralną serii TD-CR z wyjściem na wale drążonym Ten reduktor ma konstrukcję z wałem drążonym, co zapewnia elastyczne prowadzenie i zapewnia płynne, wydajne przenoszenie mocy przy niskim luzie i wysokim momencie obrotowym, obsługując konfiguracje wieloosiowe w kompaktowych systemach. Zobacz produkt →

Wielu integratorów w Chinach i Europie buduje hybrydowe architektury SCARA: reduktor planetarny na ramieniu, dwa napędy harmoniczne na łokciu i nadgarstku. Takie podejście utrzymuje ciężar ramienia na niskim poziomie, zachowując jednocześnie zapas momentu obrotowego na ramieniu. Reduktor z jednym wejściem i wieloma wyjściami serii TDCR może również obsługiwać moduły wieloosiowe, zmniejszając liczbę komponentów w kompaktowym ramieniu robota.

Często zadawane pytania: Napęd harmoniczny a przekładnia planetarna do SCARA