Harmonický reduktor: Hlboký sprievodca pre vysoko presné pohybové systémy

Pracovné princípy a výkonnostné znaky redukcie harmonickej (kmeňovej vlny)

Ako mechanizmus deformácie vytvára vysoké pomery v kompaktnom balení

A reduktor —On nazývané prevodovka s kmeňmi - používa flexibilný pohár (Flexpline), tuhý krúžok s vnútornými zubami a generátor eliptických vĺn na dosiahnutie redukčných pomerov, ktoré sú nezvyčajne vysoké pre veľkosť a hmotnosť jednotky. Keď generátor vlny deformuje pohár, iba dva laloky flexspline zapoja krúžok v akomkoľvek okamihu, a pretože flexspline má o niečo menej zubov ako prsteň, každá rotácia vlny generátora pokrokuje s angažovanosťou pomocou rozdielu počtu zubov, čo spôsobuje veľké zníženie. Tónónónónónónónónónáto geometria koncentruje kontakt v pohyblivých zónach, ktoré sa šíri opotrebenie na mnohých zuboch a prispieva k hladkému zavádzaniu. Výsledkom je fáza ovládača, ktorá poskytuje výnimočnú presnosť umiestnenia s nízkou vôľou, vynikajúcou torznou tuhosťou a opakovateľným pohybom aj pri reverzných zaťaženiach.

Prečo je vôľa vo svojej podstate nízka a ako to prospieva presnému pohybu

V konvenčných vlakoch prevodoviek vychádza vôľa z vôle medzi tuhými zubami. V redukcii kmeňa vlny produkujú elastickú deformáciu a obvodový zábal zubov takmer predpätý kontakt, ktorý dramaticky minimalizuje voľnú hru. Pre aplikácie vyžadujúce oblúkovú alebo sub-arc-minútovú opakovateľnosť-napríklad gimbály fotoaparátu, manipulácia s polovodičom alebo chirurgická robotika-sa táto charakteristika stáva rozhodujúcou výhodou. A presný harmonický reduktor s nízkym odporom Konfigurácia pomáha udržiavať polohu proti poruchám krútiaceho momentu a mikro-vibráciám, ktoré by sa inak akumulovali ako chybu kontúrovania, čo umožňuje riadiacej slučke používať vyššie zisky bez vzrušujúcich oscilácií.

Účinnosť, tuhosť a úvahy o životnom cykle

Účinnosť závisí od pomeru, mazania a zaťaženia; Typické hodnoty sú konkurencieschopné s kompaktnými planétovými fázami v miernych pomeroch, hoci veľmi vysoké pomery môžu vykazovať o niečo viac vnútorných strát. Axiálna a radiálna tuhosť je tvarovaná ložiskami a geometriou puzdra, zatiaľ čo torzná tuhosť odráža hrúbku steny flexsplínu a oblúk zapojenia zubov. Životný cyklus je silne viazaný na správne mazanie a riadenie teploty; Elasticky namáhané flex komponenty môžu bežať mnoho tisíc hodín, ak sú prevádzkované vo vnútri určených obálok krútiaceho momentu a rýchlosti. Návrhári by mali zvážiť služby cyklu s častým počiatočným zastavením a reverzným pohybom, pretože kmeňové pole v flexspline sa otáča s generátorom vlny a musí sa udržiavať pod únavovými limitmi.

Kde harmonické reduktory žiaria - a kde by sa mohli zmestiť ďalšie možnosti

Harmonické reduktory vynikajú, keď potrebujete kompaktnú veľkosť, vysoké pomery v jednej fáze, nízka hmotnosť, veľmi nízka vôľa a konzistentná presnosť počas celej služby. Sú prirodzene vhodné pre kĺbové kĺby, hlavy na sklade, presné indexovanie a kolaboratívne robotické zápästia. Ak aplikácia zahŕňa kontinuálnu vysokorýchlostnú rotáciu s ťažkým nárazovým zaťažením alebo vyžaduje extrémne vysoké vstupné rýchlosti, dizajnéri môžu spárovať reduktor s upstreamovým pásom alebo zvážiť alternatívne architektúry. Pri väčšine stredne rýchlostných a vysokých presných úloh priblíženia kmeňových vĺn poskytuje najlepšiu objemovú účinnosť a presnosť na kilogram.

Od zaťaženia k pomeru: praktický sprievodca k Výpočet krútiaceho momentu harmonického reduktora

Preklad požiadaviek v reálnom svete do mechanických čísel

Robustný proces veľkosti začína mapovaním všetkých externých krútiacich momentov: moment statického gravitácie z užitočného zaťaženia a prepojenia, dynamický krútiaci moment zrýchlenia z požadovaných profilov pohybu, momenty trenia a tesnenia a momenty rušenia, ako je napríklad ťaháctvo. Pridajte bezpečnostné faktory pre neistotu a zahŕňajú pracovný cyklus. Hlavným cieľom je zabezpečiť, aby reduktor mohol vysielať vrchol a krútiace momenty RMS bez nadmerného zahrievania alebo únavy. Pomer sa potom vyberie tak, aby udržal servo -motor v prevádzke v priaznivej oblasti rýchlosti a Torque, zatiaľ čo splní ciele rozlíšenia. Pretože harmonické reduktory ponúkajú veľmi vysoké jednostupňové pomery, často si môžete zvoliť menší motor bez ohrozenia presnosti za predpokladu, že sa rešpektuje prípustná rýchlosť vstupu reduktora.

Postupný pracovný tok s príkladmi rovníc

• Vypočítajte moment gravitácie: T _g = m · g · l · cos (9) okolo osi kĺbov v najhoršom prípade.
• Vypočítajte krútiaci moment zrýchlenia: T _a = J · α s J ako sa odráža zotrvačnosť a α ako uhlové zrýchlenie.
• Súčet externých krútiacich momentov a pridajte maržu: T _povoliť = (T _g T _a T _f ) · Sf .
• Vyberte pomer, takže rýchlosť motora a krútiaci moment spadajú na svoje sladké miesto a overte limit vstupnej rýchlosti redukcie.
• Skontrolujte torznú tuhosť proti polohovaniu a usadzovaniu ciele.

Ilustratívna snímka veľkosti

Zoberme si zápästie s 2,5 kg nástrojom v okruhu 0,25 m, ktorý sa zameriava na 300 °/s s rýchlym zvrátením. Gravitačný krútiaci moment pri najhoršej póze je zhruba 2,5,81,81 · 0,25 ≈ 6,13 n · m. Predpokladajme, že zrýchlenie pridá 3,5 N · M a trenie ďalších 0,4 n · m. S bezpečnostným faktorom 1,6 sa požadovaný výstupný krútiaci moment stáva (6,13 3,5 0,4) · 1,6 ≈ 16,7 n · m. Vyberte pomer, ktorý umožňuje motoru dodať ho po redukcii a zároveň udržiavať rýchlosť vstupu v limitoch a zabezpečiť, aby bola odrazená zotrvačnosť zvládnutá pre kontrolu. Nakoniec overte nepretržitý krútiaci moment v kĺbovej povinnosti RMS, aby sa rešpektovali tepelné limity nad profilom misie.

Príklad tabuľky parametrov

Vyššie uvedený pracovný postup stelesňuje ducha reduktor výpočet krútiaceho momentu : Kvantifikujte, maržu, overte tepelné správanie a iterujte pomer, kým ovládač nezasiahne rýchlosť, tuhosť a ciele presnosti bez nadmerných komponentov.

Navrhovanie a harmonický reduktor pre robotické ruky v priemyselných bunkách

Mapovanie spoločných požiadaviek v kinematickom reťazci

Rameno viacerých osôb zvyčajne obsahuje klesajúce požiadavky na krútiaci moment zo základne na zápästie; Požiadavky na presnosť sa však často zvyšujú smerom k konečnému efektu. Pri výbere a harmonický reduktor pre robotické ruky Kĺb, základňa môže uprednostňovať vyšší krútiaci moment a stuhnutosť pre polohovú stabilitu pri dlhých väzbách, zatiaľ čo zápästie vyžaduje minimálny odpalebo a nízka hmotnosť pre agilitu. Kompaktný axiálny rozmer reduktora pomáha udržiavať strednú hmotnosť ramena v blízkosti každej osi, čím sa znižuje požadovaný protivník a zlepšuje energetickú účinnosť počas pracovných cyklov s častými štartmi a zastaveniami.

Úvahy o kontrole: zotrvačnosť a dodržiavanie predpisov

Pretože pomer redukcie znásobuje krútiaci moment motora a delí rýchlosť, zvyšuje sa tiež odrážaná zotrvačnosť zaťaženia štvorcom pomeru, ako je vidieť motorom. Je nevyhnutné, aby bola rovnováha medzi vysokým pomerom pre rozlíšenie a mierny pomer pre kontrolovateľnosť. Nadmerná odrazená zotrvačnosť môže prinútiť konzervatívne zvýšenie kontroly a predĺžiť čas usadenia. Robiťdržiavanie torzného dodržiavania reduktora by sa malo zohľadniť do serva modelu; Príliš malá tuhosť sa môže spájať so zotrvačnosťou zaťaženia a vytvárať ľahko tlmené režimy, zatiaľ čo tuhšia konfigurácia podporuje vyššiu šírku pásma a ostrejšie sledovanie cesty bez prekročenia.

Faktory životného prostredia a spoľahlivosti

Priemyselné bunky vystavujú kĺby teplotným výkyvom, prachu a príležitostným dopadom. Vyberte tesnenie a mazanie kompatibilné s prostredím a plánmi údržby. Ak ARM zažije časté zmeny nástroja, zvážte ďalšiu bezpečnostnú maržu pre prechodné krútiace momenty počas dokovania. V prípade vertikálnych osí, ktoré musia počas straty energie držať zaťaženie, integrujte brzdu alebo zvolite reduktor s nízkou vnútornou pozadím, aby sa obmedzila vzdialenosť pádu, zatiaľ čo sa brzdenie zapája.

Porovnanie kĺbu kĺbu

Výber a kompaktný harmonický reduktor pre kobot Kĺb

Bezpečnosť ľudského rozsahu a potreba ľahkých prenosov

Kolaboratívne roboty zdieľajú pracovné priestory s ľuďmi, a tak uprednostňujú hladkú a vo svojej podstate bezpečnú dynamiku. A kompaktný harmonický reduktor pre kobot Dodáva vysoké zníženie malej obálky, ktorá pomáha ľahkým ramenom, ktoré obmedzujú zotrvačnosť a nárazovú energiu. Hladké, takmer nulové angažovanosť v oblasti odporu podporuje odhad momentu s vysokým rozlíšením pri detekcii kolízie, zatiaľ čo kompaktnosť umožňuje, aby sa ovládatelia zastrčili do štíhleho profilu spojenia, ktoré sa ľahšie chráni a zabezpečia bezpečnosť.

Pozadie a riadenie sily

Cobots má úžitok zo kĺbov, ktoré môžu byť vrece s primeraným krútiacim momentom, aby systém mohol zistiť a reagovať na neočakávaný kontakt. Harmonické reduktory sa líšia v zjavnej kulise v závislosti od pomeru a trenia tesnenia; Výber stredných pomerov a optimalizované mazanie pomáha. Pretože Cobots často behajú pri nižších rýchlostiach s častou ľudskou interakciou, tepelnou výškou a nepretržitým krútiacim momentom - nielen vrcholom - by sa malo overiť. Motory s nízkym zubným motorom spárované s reduktormi, ktoré minimalizujú, že štiepenie zlepšujú kontrolu malej sily, čo umožňuje kompatibilné zostavy a režimy na obsluhu rúk.

Užitočné zaťaženie, pracovný priestor a cykly

Zatiaľ čo kolaboratívne užitočné zaťaženie môžu byť skromné, dlhé dosahy a predĺžené horizontálne pózy môžu stále generovať zmysluplný gravitačný krútiaci moment. Reduktor musí byť dimenzovaný pre najhoršie držanie tela, pričom sa zohľadňuje bezpečnostné funkcie, ako je napríklad sila a obmedzenie sily, ktoré môžu odstraňovať maximálne povolené rýchlosti. Návrhári by mali modelovať bežné úlohy - vyzdvihnutie, strojové obžaliny, ľahké skrutky -, aby určili skutočný krútiaci moment RMS a zabezpečili, že počas nepretržitej spolupráce neprekročí tepelné hodnotenie reduktora.

Úvahy zamerané na kobot verzus všeobecné priemyselné zbrane

Rámec rozhodnutia: prevodovka harmonického reduktora verzus planéta

Porovnanie architektúr v metrikách, na ktorých záleží

Kmeňové vlny a planétové prenosy môžu priniesť vysoké pomery a hustotu krútiaceho momentu, ale ich správanie sa líši v spôsoboch, ako ovplyvňuje vhodnosť aplikácie. Harmonické jednotky zdôrazňujú ultra nízku vôľu, kompaktnú axiálnu dĺžku a vysoké jedno stupne pomery, vďaka čomu sú vynikajúce pre presné kĺby a kompaktné zápästia. Planetárne fázy zvyčajne ponúkajú vyššiu schopnosť rýchlosti vstupu, silný odolnosť voči nárazom a veľmi dobrú účinnosť pri miernych pomeroch, ktoré môžu byť atraktívne pre osi s kontinuálnymi rotáciami a vretená s hustou energiou. Pri hodnotení prevodovka harmonického reduktora verzus planéta Možnosti, zvážte stabilitu vôle počas života, torznú tuhosť, hluk, intervaly mazania a tepelnú stopu vášho pracovného cyklu.

Porovnávacia tabuľka vedľa seba

Výber so zámerom, nie zvykom

Ak je vaša KPI opakovateľná presnosť s minimálnym dodržiavaním, a presný harmonický reduktor s nízkym odporom Konfigurácia ponúka jasné výhody. Ak je váš KPI nepretržitá vysokorýchlostná rotácia a odolnosť voči opakovaným otrasom, môže byť jednoduchšia planéta. Mnoho systémov sa zmieša oboje: Harmonické na zápästí pre presnosť a planétu na predchádzajúcich osiach pre priepustnosť výkonu. Začnite od merateľných požiadaviek, nie dedičských možností.

Zostavenie všetkého: výber, integrácia a dlhovekosť

Praktický kontrolný zoznam pre výber prvého priechodu

• Definujte výstupný krútiaci moment: vrchol a RMS vrátane bezpečnostných faktorov.
• Nastavte ciele presnosti: Prípustná vôľa, torzná tuhosť, opakovateľnosť.
• Vyberte pomer cez Výpočet krútiaceho momentu harmonického reduktora a porovnávanie motora.
• Overte limity vstupnej rýchlosti, prípustné previslé zaťaženie a životnosť ložiska.
• Potvrďte tepelný nárast v pracovnom cykle; Naplánujte tepelné cesty a montáž.
• Posúdiť v areáli a súlad s úlohami riadenými silami v a kompaktný reduktor pre Cobot or a harmonický reduktor pre robotické ruky .

Integrácia poznamenáva, že chránia presnosť

Montážne tváre musia byť ploché a ko-axi; Dokonca aj malé nesprávne zarovnanie môžu predbežne načítať ložiská a skresliť flexspline, ponižujúci život. Použite odporúčané krútiace momenty a vzorce sekvencií. Vyhnite sa vysielaniu vonkajšieho šoku cez puzdro oddelením príslušenstva, ak je to možné. Pre správu káblov je sekcie flexov trasy, aby sa minimalizovali pridané trenia, ktoré by maskovali jemné prahy detekcie kolízie.

Postupy údržby, ktoré v priebehu času udržiavajú vôľu

Použite špecifikované intervaly maziva a doplňte; Nadmerné alebo nekompatibilné mastnoty môže zvýšiť teplotu a znížiť účinnosť. Teplota stopy počas dlhých cyklov; Ak bývanie prebieha teplejšie, ako sa očakávalo, prehodnoťte predpoklady pracovného cyklu, prietok okolitého vzduchu alebo výber pomeru. Pravidelne zmerajte statickú tuhosť a chybu umiestnenia pri testovacom príslušenstve; Rastúca dodržiavanie predpisov môže varovať pred opotrebením skôr, ako ovplyvní kvalitu výroby.

Zhrnutie integrácie a nie