Harmonický pohon verzus planetárna prevodovka: Čo vyhráva pre kĺby ramena robota SCARA?

Kompaktné rameno robota SCARA, ktoré vykonáva 24/7 vyberanie a umiestňovanie pri 0,4 sekundovom cykle, s užitočným zaťažením 2 kg a 3 000 hodinami nepretržitej prevádzky, robí rozhodnutie o reduktore na spoji kritickým pre podnikanie. Na osi ramena, kde kombinovaná hmotnosť paží a užitočné zaťaženie vytvárajú najvyšší moment, harmonický pohon vs planétová prevodovka výber určuje opakovateľnosť, intervaly údržby a celkové náklady na os.

Čo si vyžaduje kĺb SCARA od reduktora

Kĺb SCARA má úzku prevádzkovú obálku, ale obmedzený rozpočet na toleranciu. Pred porovnaním harmonických a planetárnych návrhov definujte tri požiadavky, o ktorých nemožno vyjednávať: opakovateľnosť polohovania, momentovú tuhosť a špičkový momentálny krútiaci moment.

• Vôľa: 0,1 až 0,3 uhlovej minúty pre osi lakťa a zápästia, 0,5 až 1 uhlovú minútu pre rameno.
• Tuhosť: torzná tuhosť musí odolávať režimom vibrácií zosilnených na dĺžku ramena.
• Pomer zotrvačnosti: zotrvačnosť rotora reduktora a zotrvačnosť odrazeného ramena ovplyvňujú ladenie serva.
• Pracovný cyklus: väčšina spojov SCARA vykoná 1 až 2 milióny cyklov ročne bez údržbových okien.

Harmonický pohon vs Planetárna prevodovka: Kde Harmonic víťazí

Pre osi lakťov a zápästí poskytuje harmonický pohon najnižšiu dosiahnuteľnú vôľu v jednostupňovej jednotke. Flexibilné vonkajšie drážkovanie, alebo flexspline, sa deformuje, aby udržalo kontakt s kruhovým drážkovaním, čím poskytuje takmer nulovú vôľu bez systému predpätia.

Flexibilná prevodovka série BSHF pre kĺby s nízkou vôľou Tento reduktor navrhnutý s veľkým dutým hriadeľom a kompaktným telom ponúka vysoký krútiaci moment a tuhosť pri minimalizácii hmotnosti, vďaka čomu je ideálny pre ľahké robotické ramená a presné kĺby. Zobraziť produkt →

Harmonické pohony sú tiež najľahším spôsobom, ako dosiahnuť vysokú redukciu v malom rozsahu. Jediný stupeň poskytuje pomer 50:1 až 160:1, čo eliminuje sekundárny remeňový alebo prevodový stupeň. Pre 2 kg užitočné zaťaženie SCARA má os lakťa zanedbateľné nárazové zaťaženie, takže medza únavy flexspline nie je limitujúcim faktorom pri nominálnej prevádzke.

Kde harmonický pohon bojuje, je os ramien v 10 kg alebo väčšom SCARA. Jednodielna zostava flexspline a ložiska má nižšiu toleranciu voči otrasom ako súprava tvrdených planétových prevodov. Nárazy zaťaženia spôsobené detekciou kolízie alebo vysokorýchlostným nástrojom na konci ramena môžu prekročiť krútiaci moment flexspline a spôsobiť trvalé nastavenie.

Kde planétové prevodovky porazili harmonické pohony

Planétové prevodovky vyhrávajú os ramien väčších robotov SCARA, pretože zvládajú vysoký krútiaci moment a rázové zaťaženie pomocou usporiadania prevodov s deleným zaťažením. O zaťaženie sa delí niekoľko planétových kolies, takže špičkový krútiaci moment je rozdelený medzi mnohé kontaktné body zubov.

Redukcia planétovej prevodovky AHB s nízkou vôľou a vysokým krútiacim momentom Vďaka tvrdeným a brúseným špirálovým prevodom poskytuje tento reduktor plynulú, tichú prevádzku a vysokú tuhosť, vďaka čomu je vhodný pre ramenné osi, ktoré zvládajú veľké zaťaženie a časté obracanie. Zobraziť produkt →

Presné planétové reduktory v triede AHB zvyčajne ponúkajú vôľu 1 až 3 uhlové minúty v štandardných presných verziách a 0,5 až 1 uhlovú minútu s predpätým výstupným ložiskom. Vďaka kaleniu a brúseniu odolávajú boky zubov ozubenia aj pri častých reverzáciách štart-stop. Presné planétové redukcie pre kĺby robotov bežne vidieť takéto podmienky.

Minimálne predpätie alebo riešenie ložiskovej podložky v moderných planétových jednotkách môže znížiť hádzanie pod 0,1 mm. Napriek tomu vnútorné vôle bokov znamenajú, že nameraná vôľa na výstupe nie je takmer nikdy pod 0,5 uhlovej minúty bez sofistikovanej brzdy alebo stupňa s dvojitým pohonom.

Priame porovnanie: Harmonický pohon a výkon planétovej prevodovky

V tabuľke nižšie sú zhrnuté najrelevantnejšie metriky pre výber kĺbov SCARA.

Dôležitý štrukturálny rozdiel: harmonické pohony sa spoliehajú na vychýlenie flexspline pri vytváraní kontaktu ozubeného kolesa a zaťaženie je prenášané súčasne kruhovým drážkovaním a flexspline. Planétové prevodovky používajú na rozloženie zaťaženia tri alebo štyri rovnaké planéty, takže chvíľkové preťaženie je zhovievavejšie.

Účinnosť, zahrievanie a interakcia serva pri nepretržitej prevádzke

Harmonické pohony poskytujú 60 až 75 percent účinnosti pri pomere 50:1, zatiaľ čo planétové prevodovky bežne dosahujú 90 až 95 percent pri rovnakom výstupnom pomere. Rozdiel sa prejavuje vo výrobe tepla v nepretržitých prevádzkach SCARA. Servomotor musí dodávať extra prúd, aby prekonal vyšší krútiaci moment naprázdno harmonického reduktora v pokoji, ktorý ovplyvňuje zosilnenie regulátora a môže spôsobiť tepelný drift v kompaktnom ramene.

Spoločnosť ZHEJIANG BEITTO TRANSMISSION TECHNOLOGY CO., LTD., ktorá vyrába pod značkou BEITTO, bola svedkom tohto poruchového režimu opakovane v teréne: harmonicky poháňané koleno, ktoré po dvojzmennom dni stráca presnosť polohy, pretože teplota vinutia serva stúpne o 15 stupňov Celzia nad nominálnu hodnotu. Planétové reduktory so svojimi jednoduchšími stratami valivých prvkov zostávajú chladnejšie pri rovnakom pracovnom cykle.

Rozhodovací rámec pre staviteľov robotov SCARA

Vyberte typ reduktora implementáciou päťstupňového procesu hodnotenia.

1. Definujte rozpočet spoločnej opakovateľnosti z listu špecifikácie produktu SCARA.
2. Vypočítajte špičkový a trvalý krútiaci moment z výberu motora a dynamického modelu ramena.
3. Zmerajte požiadavku na hraničnú tuhosť vzhľadom na dĺžku ramena.
4. Prispôsobte redukčný pomer menovitým otáčkam servomotora a oknu krútiaceho momentu.
5. Porovnajte triedu rázového zaťaženia pre konkrétne nástroje na konci ramena a stratégiu predchádzania kolíziám.

Bežné pravidlo z praxe: ak krútiaci moment na osi ramena presahuje 40 Nm a robot nepoužíva striktne čisté priestory, planétová možnosť je bezpečnejšou konštrukčnou voľbou. Pre triedu užitočného zaťaženia 5 kg SCARA ponúkajú harmonické pohony na lakte a zápästí ľahšie a jednoduchšie rameno s menším počtom prevodových stupňov.

Špirálový kužeľový ozubený komutátor série TD-CR s výstupom z dutého hriadeľa Tento reduktor sa vyznačuje dizajnom dutého hriadeľa pre flexibilné smerovanie a poskytuje hladký, efektívny prenos sily s nízkou vôľou a vysokým krútiacim momentom, čo podporuje viacosové konfigurácie v kompaktných systémoch. Zobraziť produkt →

Mnoho integrátorov v Číne a Európe stavia hybridné architektúry SCARA: planetárny reduktor na ramene, dva harmonické pohony na lakte a zápästí. Tento prístup udržuje váhu ramena nadol a zároveň zachováva krútiaci moment nad hlavou v ramene. Jednovstupový a viacvýstupový reduktor série TDCR môže slúžiť aj viacosovým modulom, čím sa znižuje počet komponentov v kompaktnom ramene robota.

FAQ: Harmonic Drive vs Planetary Gearbox pre SCARA