Harmonický pohon verzus planetárna prevodovka: Výber správneho robotického reduktora kĺbov

Keď sa zápästný kĺb kolaboratívneho robota posunie o 0,08 mm pri zaťažení 1,5 kg, chybným komponentom je zriedkavo servomotor. Je to reduktor. V aplikáciách robotických kĺbov určuje harmonický pohon a planétová prevodovka presnosť polohy, hustotu krútiaceho momentu, súlad a cenu viac ako ktorákoľvek iná podzostava. Skutočnou otázkou nie je, ktorá technológia je z abstraktného hľadiska lepšia, ale ktorá z nich zodpovedá profilu pohybu kĺbu.

Táto príručka porovnáva obe technológie pomocou merateľných parametrov: vôle, torznej tuhosti, hustoty krútiaceho momentu, rýchlosti a životnosti. Končí to praktickým rámcom výberu, ktorý môže dizajnér použiť pred zadaním objednávky.

Harmonickýký pohon vs planetárna prevodovka: Začnite s vôľou a hustotou krútiaceho momentu

Pre robotické kĺby poskytuje harmonický pohon nižšiu vôľu a vyššiu hustotu krútiaceho momentu, zatiaľ čo planétová prevodovka poskytuje vyššiu tuhosť a lepšie náklady na newtonmeter.

Vôľa je voľný uhlový pohyb výstupu pri držaní vstupu. V kĺbe robota sa to prejaví ako mŕtva zóna v odozve riadenia a ako chyba polohy pri zmene smeru. Harmonický pohon deformuje flexspline pomocou generátora vĺn, čím sa vytvoria dve zasahujúce zóny takmer bez medzery. Typický harmonický pohon dosahuje vôľu 1 uhlovú minútu alebo lepšiu a mnohé modely dosahujú 0,5 uhlovej minúty. Štandardná planétová prevodovka má vnútornú vôľu medzi centrálnym kolesom a planétovými kolesami, takže vôľa bežne spadá medzi 3 a 15 uhlových minút; presné planetárne jednotky dosahujú 1 až 3 uhlové minúty za vyššiu cenu.

Hustota krútiaceho momentu, teda menovitý krútiaci moment na jednotku vonkajšieho priemeru, je druhým rozhodujúcim číslom. Flexspline harmonického pohonu sa obopína okolo kruhového drážkovania s veľkým priemerom, takže rovnaká veľkosť balenia poskytuje približne dvoj- až trojnásobok krútiaceho momentu porovnateľnej planétovej prevodovky. Pre kĺb robota to znamená menšie a ľahšie zápästie s rovnakou nosnosťou. Planétová prevodovka potrebuje viac radiálneho priestoru pre svoje planétové kolesá, takže je ťažšia pre rovnaký výstupný krútiaci moment.

Ak je požiadavkou presné držanie, harmonický reduktor hĺbkového ponoru sa podrobnejšie venuje kontrolným dôsledkom takmer nulovej vôle.

Flexibilná prevodovka série BSHF s dutým hriadeľom Tento harmonický reduktor ponúka takmer nulovú vôľu a vysokú tuhosť, vďaka čomu je ideálny pre aplikácie s presným držaním. Jeho kompaktný dizajn s dutým hriadeľom vyhovuje priestorovo obmedzeným kĺbom robota a nízka torzná tuhosť ovplyvňuje ladenie ovládača. Zobraziť produkt →

Tuhosť a rezonancia: Prečo harmonický menič mení celú riadiacu slučku

Harmonický pohon má nižšiu torznú tuhosť ako planétová prevodovka, ale tiež nemá takmer žiadnu vôľu a to mení spôsob, akým regulátor reaguje.

Torzná tuhosť je odolnosť voči uhlovému vychýleniu pri zaťažení. Planétová prevodovka s niekoľkými planétovými kolesami vo valivom kontakte je tuhá; malá jednotka môže vykazovať 5 až 10 Nm na oblúkovú minútu. Harmonický pohon je mäkší, pretože flexspline je navrhnutý tak, aby sa ohýbal. Nižšia tuhosť v kombinácii s medzerou s nulovou vôľou robí polohovú slučku predvídateľnejšou, ale znižuje frekvenciu torznej rezonancie.

Ak robot vykonáva polohovanie z bodu do bodu pri nízkej rýchlosti s malým užitočným zaťažením, vyhrá harmonický pohon. Ak kĺb musí odolávať vonkajším silám alebo zvládať vysoké zrýchlenie, tuhšia planétová prevodovka sa ľahšie stabilizuje, pretože riadiaca slučka môže pracovať s väčšou šírkou pásma bez vzrušujúcich štrukturálnych režimov.

Keď je planétová prevodovka to pravé: náklady, pracovný cyklus a nárazové zaťaženie

Planétová prevodovka je správnou voľbou pre robotické kĺby, ktoré potrebujú vstupné otáčky nad 4 000 ot./min., musia vydržať nárazové zaťaženie alebo musia zostať v obmedzenom rozpočte.

Planétové prevodovky sú v robotike bežné, pretože sú efektívne, s 90 až 97 % na stupeň, robustné a cenovo dostupné. Bežia pri vstupných rýchlostiach 5 000 až 10 000 otáčok za minútu, zatiaľ čo harmonický pohon je normálne obmedzený na 3 000 až 4 000 otáčok za minútu, pretože flexspline sa rýchlejšie unavuje pri vysokej rýchlosti. Planétové kolesá zdieľajú zaťaženie medzi viacerými kontaktnými bodmi, takže nárazové sily sú rozdelené. Tenký flexspline harmonického pohonu sa môže trvalo deformovať pri nadmernom špičkovom krútiacom momente alebo náraze. Tretím faktorom sú náklady: planétová prevodovka rovnakej veľkosti rámu zvyčajne stojí o 30 až 50 percent menej ako harmonický pohon. Pre robota so šiestimi alebo siedmimi kĺbmi je tento rozdiel významný.

Špirálový planetárny reduktor série AHL pre servomotory Táto špirálová planétová prevodovka poskytuje hladký chod s nízkou hlučnosťou a vysoký krútiaci moment. Jeho integrované ložiská a bezúdržbové mazivo skracujú prestoje, vďaka čomu je cenovo výhodnou voľbou pre osi ramien a lakťov v priemyselných robotoch. Zobraziť produkt →

Ako priradiť redukciu k robotickému kĺbu: Praktický rámec výberu

Vyberte reduktor tak, že začnete s požiadavkou na presnosť polohy, potom skontrolujete nepretržitý krútiaci moment a rýchlosť a nakoniec porovnáte náklady a životnosť.

Prepracovanie skutočných požiadaviek spoja v poriadku zabráni najčastejšej chybe, ktorou je objednanie reduktora, ktorý je predimenzovaný pre krútiaci moment, ale poddimenzovaný pre presnosť.

1. Definujte požadovanú opakovateľnosť na koncovom efektore, napríklad plus/mínus 0,05 mm.
2. Preveďte to na uhlové rozlíšenie v kĺbe pomocou dĺžky segmentu ramena.
3. Vypočítajte trvalý krútiaci moment z efektívnej záťaže motora a špičkový krútiaci moment z profilu zrýchlenia.
4. Zadajte maximálne vstupné otáčky, pretože menovité otáčky harmonického meniča sú nižšie ako planetárne.
5. Skontrolujte torznú tuhosť voči šírke pásma ovládača.
6. Porovnajte celkové náklady na vlastníctvo vrátane náhradných dielov a očakávanej životnosti.

Skúsenosti BEITTO s harmonickými aj planetárnymi dráhami pohonu

BEITTO vyrába planétové, flexibilné prevody a viacvýstupové reduktory, takže robotický kĺb môže byť špecifikovaný zo skladových produktových radov namiesto uzamknutia v jedinej technológii.

Zhejiang Beitto Transmission Technology Co., Ltd. (BEITTO) vyrába vysoko presné planétové reduktory v sérii 18, flexibilné reduktory sérií BSHF, BCSF a BCSG a sériu TD pre jednovstupovú a viac výstupnú prevodovku. Spoločnosť prevádzkuje továreň s rozlohou 12 000 metrov štvorcových s viac ako 90 zamestnancami a viac ako 20-ročnými skúsenosťami v priemysle prevodoviek. Výrobná podlaha BEITTO sa riadi japonskými presnými výrobnými metódami a prísnou kontrolou kvality, na ktorej záleží, keď musí spoj udržať menovitý krútiaci moment počas dlhej životnosti.

Pre flexibilitu kĺbov robota a nosnosť poskytuje séria TDCR kompaktnú konfiguráciu s viacerými výstupmi. The Séria TDCR je navrhnutá tak, aby zlepšila flexibilitu kĺbov robota a nosnosť pri zachovaní nízkej vôle.

Špirálová skosená redukcia s dutým hriadeľom série TD-CR S výstupom z dutého hriadeľa a nízkou vôľou, tento kužeľový prevod zvyšuje flexibilitu kĺbov robota a nosnosť. Jeho bezúdržbový dizajn a flexibilná montáž zjednodušujú integráciu a ponúkajú doplnok harmonických pohonov pre viacosové systémy. Zobraziť produkt →

FAQ: Harmonický pohon vs planetárna prevodovka pre robotické kĺby

Ktorá redukcia má nižšiu vôľu pre robotický kĺb?

Harmonický pohon má nižšiu vôľu, zvyčajne 1 uhlovú minútu alebo lepšiu. Presná planétová prevodovka dosahuje 1 až 3 uhlové minúty, ale štandardná planétová jednotka zvyčajne spadá medzi 3 až 15 uhlových minút.

Môže planétová prevodovka nahradiť harmonický pohon v zápästí robota?

Môže, ale kĺb bude mať vyššiu vôľu a nižšiu hustotu krútiaceho momentu pri rovnakej veľkosti rámu. Planétová prevodovka bude tiež bežať rýchlejšie a lepšie zvládne rázové zaťaženie, čo môže byť výhodou v zápästí s osami chápadla.

Aké je najväčšie riziko pri výbere reduktora pre kĺb robota?

Najväčším rizikom je výber len na základe menovitého krútiaceho momentu. Mnoho inžinierov zabúda na kontrolu torznej tuhosti, vstupnej rýchlosti a skutočnej opakovateľnosti spoja. Príliš mäkký reduktor môže spôsobiť kmitanie a ten, ktorý je príliš pomalý pre maximálnu rýchlosť motora, skráti jeho životnosť.

Ako vypočítam veľkosť prevodovky pre kĺb robota?

Začnite s nepretržitým krútiacim momentom na kĺbe, vynásobte ho maximálnym faktorom 2 až 3 pre zrýchlenie a potom potvrďte požadovanú vstupnú rýchlosť. Ak kĺb vyžaduje presné držanie, overte aj vôľu a tuhosť voči slučke riadenia polohy.