Harmonic Drive vs planetární převodovka: Výběr správného reduktoru robotického kloubu

Když se zápěstní kloub kolaborativního robota posune o 0,08 mm při zatížení 1,5 kg, vadnou součástí je zřídka servomotor. Je to reduktor. V aplikacích robotických kloubů určuje harmonický pohon versus planetová převodovka polohovou přesnost, hustotu točivého momentu, poddajnost a náklady více než jakákoli jiná podsestava. Skutečnou otázkou není, která technologie je abstraktně lepší, ale která z nich odpovídá profilu pohybu kloubu.

Tato příručka porovnává obě technologie pomocí měřitelných parametrů: vůle, torzní tuhost, hustota točivého momentu, rychlost a životnost. Končí to praktickým rámcem výběru, který může konstruktér použít před zadáním objednávky.

Harmonickéký pohon versus planetová převodovka: Začněte s vůlí a hustotou točivého momentu

U robotických kloubů zajišťuje harmonický pohon nižší vůli a vyšší hustotu točivého momentu, zatímco planetová převodovka poskytuje vyšší tuhost a lepší náklady na newtonmetr.

Vůle je volný úhlový pohyb výstupu při držení vstupu. V kloubu robota se projevuje jako mrtvá zóna v odezvě řízení a jako chyba polohy, když se směr obrátí. Harmonický pohon deformuje flexspline pomocí vlnového generátoru a vytváří dvě záběrové zóny téměř bez mezery. Typický harmonický měnič dosahuje vůle 1 úhlová min nebo lepší a mnoho modelů dosahuje 0,5 arcmin. Standardní planetová převodovka má vnitřní vůli mezi centrálním kolem a planetovými koly, takže vůle běžně spadá mezi 3 a 15 úhlových minut; přesné planetové jednotky dosahují 1 až 3 arcmin za vyšší cenu.

Hustota točivého momentu, tedy jmenovitý točivý moment na jednotku vnějšího průměru, je druhým rozhodujícím číslem. Flexspline harmonického pohonu se ovíjí kolem kruhového drážkování o velkém průměru, takže stejná velikost balení poskytuje zhruba dvojnásobný až trojnásobek točivého momentu než srovnatelná planetová převodovka. Pro kloub robota to znamená menší a lehčí zápěstí se stejnou nosností. Planetová převodovka potřebuje pro svá planetová kola více radiálního prostoru, takže je těžší pro stejný výstupní točivý moment.

Pokud je požadavkem přesné držení, harmonický redukční průvodce hloubkovým ponorem podrobněji pokrývá kontrolní důsledky téměř nulové vůle.

Flexibilní převodový reduktor řady BSHF s dutým hřídelem Tento harmonický reduktor nabízí téměř nulovou vůli a vysokou tuhost, díky čemuž je ideální pro aplikace s přesným držením. Jeho kompaktní konstrukce s dutým hřídelem vyhovuje prostorově omezeným kloubům robota a nízká torzní tuhost ovlivňuje vyladění ovladače. Zobrazit produkt →

Tuhost a rezonance: Proč harmonický měnič mění celou řídicí smyčku

Harmonický pohon má nižší torzní tuhost než planetová převodovka, ale také nemá téměř žádnou vůli a to mění způsob, jakým regulátor reaguje.

Torzní tuhost je odolnost proti úhlovému vychýlení při zatížení. Planetová převodovka s několika planetovými koly ve valivém kontaktu je tuhá; malá jednotka může ukazovat 5 až 10 Nm na obloukovou minutu. Harmonický pohon je měkčí, protože flexspline je navržen tak, aby se ohýbal. Nižší tuhost v kombinaci s mezerou s nulovou vůlí činí polohovou smyčku předvídatelnější, ale snižuje frekvenci torzní rezonance.

Pokud robot provádí polohování z bodu do bodu při nízké rychlosti s malým užitečným zatížením, vyhrává harmonický pohon. Pokud musí kloub odolávat vnějším silám nebo zvládat vysoké zrychlení, tužší planetovou převodovku lze snáze stabilizovat, protože regulační smyčka může pracovat s větší šířkou pásma bez vzrušujících strukturálních režimů.

Když je planetová převodovka to pravé: náklady, pracovní cyklus a rázové zatížení

Planetová převodovka je správnou volbou pro robotické klouby, které potřebují vstupní otáčky nad 4 000 ot./min., musí přežít rázové zatížení nebo musí zůstat v napjatém rozpočtu.

Planetové převodovky jsou v robotice běžné, protože jsou účinné, s 90 až 97 % na stupeň, robustní a cenově dostupné. Běží při vstupních rychlostech 5 000 až 10 000 ot./min., zatímco harmonický pohon je normálně omezen na 3 000 až 4 000 ot./min., protože flexspline se rychleji unavuje při vysoké rychlosti. Planetová kola sdílejí zatížení napříč více kontaktními body, takže nárazové síly jsou rozloženy. Tenký flexspline harmonického měniče se může trvale deformovat při nadměrném špičkovém točivém momentu nebo kolizi. Cena je třetím faktorem: planetová převodovka stejné velikosti rámu obvykle stojí o 30 až 50 procent méně než harmonický pohon. U robota se šesti nebo sedmi klouby je tento rozdíl významný.

Šroubová planetová redukce řady AHL pro servomotory Tato spirálová planetová převodovka poskytuje hladký, tichý chod a vysoký točivý moment. Jeho integrální ložiska a bezúdržbové mazivo snižují prostoje, což z něj činí nákladově efektivní volbu pro osy ramen a loktů v průmyslových robotech. Zobrazit produkt →

Jak přizpůsobit redukci k robotickému kloubu: Praktický rámec výběru

Vyberte reduktor tak, že začnete s požadavkem na přesnost polohy, poté zkontrolujete trvalý točivý moment a otáčky a nakonec porovnáte náklady a životnost.

Propracováním skutečných požadavků kloubu v pořádku předejdete nejčastější chybě, kterou je objednání reduktoru, který je předimenzovaný pro krouticí moment, ale poddimenzovaný pro přesnost.

1. Definujte požadovanou opakovatelnost na koncovém efektoru, například plus/minus 0,05 mm.
2. Převeďte to na úhlové rozlišení v kloubu pomocí délky segmentu ramene.
3. Vypočítejte trvalý točivý moment z efektivního zatížení motoru a špičkový točivý moment z profilu zrychlení.
4. Zadejte maximální vstupní otáčky, protože jmenovité otáčky harmonického měniče jsou nižší než u planetového měniče.
5. Zkontrolujte torzní tuhost vůči šířce pásma ovladače.
6. Porovnejte celkové náklady na vlastnictví, včetně náhradních dílů a očekávané životnosti.

Zkušenosti společnosti BEITTO s harmonickými i planetárními cestami pohonu

BEITTO vyrábí planetové, flexibilní převodovky a vícevýstupové reduktory, takže robotický kloub může být specifikován ze skladových produktových řad namísto uzamčení do jediné technologie.

Zhejiang Beitto Transmission Technology Co., Ltd. (BEITTO) vyrábí vysoce přesné planetové reduktory v řadách 18, flexibilní reduktory v řadách BSHF, BCSF a BCSG a řadu TD pro jednovstupový a více výstupový převod. Společnost provozuje továrnu o rozloze 12 000 metrů čtverečních s více než 90 zaměstnanci a více než 20 lety zkušeností v oboru převodovek. Výrobní podlaha BEITTO se řídí japonskými precizními výrobními metodami a přísnou kontrolou kvality, což je důležité, když musí kloub udržet jmenovitý krouticí moment po dlouhou životnost.

Pro flexibilitu robotického kloubu a nosnost nabízí řada TDCR kompaktní konfiguraci s více výstupy. The Řada TDCR je navržena tak, aby zlepšila flexibilitu kloubů robota a nosnost při zachování nízké vůle.

Reduktor úkosu se spirálou s dutým hřídelem řady TD-CR S výstupem s dutým hřídelem a nízkou vůlí tento redukční převod s kuželovým ozubením zvyšuje flexibilitu kloubu robota a nosnost. Jeho bezúdržbový design a flexibilní montáž zjednodušují integraci a nabízí doplněk k harmonickým pohonům pro víceosé systémy. Zobrazit produkt →

FAQ: Harmonický pohon vs planetární převodovka pro robotické klouby

Která redukce má nižší vůli pro robotický kloub?

Harmonický pohon má nižší vůli, obvykle 1 arcmin nebo lepší. Přesná planetová převodovka dosahuje 1 až 3 úhlové minuty, ale standardní planetová jednotka obvykle spadá mezi 3 až 15 úhlových minut.

Může planetová převodovka nahradit harmonický pohon v zápěstí robota?

Může, ale spoj bude mít vyšší vůli a nižší hustotu točivého momentu pro stejnou velikost rámu. Planetová převodovka také poběží rychleji a lépe zvládá rázové zatížení, což může být výhoda v zápěstí s chapadlovými osami.

Jaké je největší riziko při výběru redukce pro kloub robota?

Největším rizikem je výběr pouze na základě jmenovitého točivého momentu. Mnoho inženýrů zapomíná zkontrolovat torzní tuhost, vstupní rychlost a skutečnou opakovatelnost spoje. Příliš měkký reduktor může způsobit oscilace a ten, který je příliš pomalý pro maximální rychlost motoru, zkrátí jeho životnost.

Jak vypočítám velikost převodovky pro kloub robota?

Začněte s nepřetržitým kroutícím momentem na kloubu, vynásobte ho maximálním faktorem 2 až 3 pro zrychlení a poté potvrďte požadovanou vstupní rychlost. Pokud spoj vyžaduje přesné držení, ověřte také vůli a tuhost vůči regulační smyčce polohy.