Harmonický reduktor: Průvodce hlubokým ponorem pro vysoce přesné pohybové systémy

PrAcovní principy A výkonnostní rysy redukce hArmonické (kmenové vlny)

Jak mechanismus vlny napětí vytváří vysoké poměry v kompaktním balíčku

A harmonický reduktor —Javí se zříznuta převodovka kmene vlny - používá Flexibilní šálek (Flexspline), tuhý prsten s vnitřními zuby a Generátor eliptických vln pro dosažení poměrů redukce, které jsou neobvykle vysoké pro velikost a hmotnost jednotky. Když Generátor vln deformuje šálek, pouze dva laloky flexspline zapojí prsten v každém okamžiku, a protože flexspline má o něco méně zubů než prsten, každá rotace vlnového Generátoru postupuje zapojení rozdílem počtu zubů a způsobuje velké snížení. Tato geometrie soustředí kontakt v pohyblivých zónách, které šíří opotřebení mnoha zubů a přispívá k hladkému zatížení. Výsledkem je fáze ovladače, která poskytuje výjimečnou přesnost polohování s dolní vůlí, vynikající torzní tuhostí a opakovatelným pohybem i při obrácení zátěže.

Proč je vůle ze své podstaty níz

V konvenčních převodových vlacích vychází vůle z clearance mezi tuhými zuby. V redukci napětí vlny vytvářejí elastická deformace a obvodový zubní obal téměř předem načtený kontakt, který dramaticky minimalizuje volnou hru. U aplikací vyžadující opakovatelnost oblouku nebo podboru minutového-jako je triky kamery, polovodičové manipulace nebo chirurgickou robotiku-tato charakteristika se stává rozhodující výhodou. A Přesná harmonický redukční dolní vůle Konfigurace pomáhá udržovat polohu proti poruchám točivého momentu a mikro-vibrace, které by se jinak hromadily jako chyba kontury, což umožňuje kontrolní smyčce používat vyšší zisky bez vzrušujících oscilací.

Účinnost, tuhost a úvahy o životním cyklu

Účinnost závisí na poměru, mazání a zatížení; Typické hodnoty jsou konkurenceschopné s kompaktními planetárními stádii v mírných poměrech, i když velmi vysoké poměry mohou vykazovat o něco více vnitřních ohybových ztrát. Axiální a radiální tuhost je tvarována ložisky a geometrií pouzdra, zatímco torzní tuhost odráží tloušťku stěny flexspline a oblouk zapojení zubů. Životní cyklus je silně vázán na správné mazání a řízení teploty; Elasticky stresované ohybové komponenty mohou běžet po mnoho tisíc hodin, pokud jsou provozovány uvnitř určeného točivého momentu a rychlostní obálky. Návrháři by měli zvážit cloycles s častým start-stop a reverzingovým pohybem, protože napěťové pole v flexspline se otáčí s generátorem vln a musí být udržována pod hranicemi únavy.

Kde harmonické reduktory svítí - a tam, kde by se mohly přizpůsobit jiné možnosti

Harmonické redukce vynikají, když potřebujete kompaktní velikost, vysoké poměry v jedné fázi, nízkou hmotnost, velmi dolní vůle a konzistentní přesnost v celé životnosti. Jsou přirozené vhodné pro kloubové klouby, hlavy naklonění, přesné indexování a zápěstí kolaborativních robotů. Pokud aplikace zahrnuje nepřetržitou vysokorychlostní rotaci s těžkým nárazem nebo vyžaduje extrémně vysoké vstupní rychlosti, mohou návrháři spárovat reduktor s fází proti proudu nebo zvážit alternativní architektury. Přesto ve většině středních rychlostních, vysoce přesných úkolů, přístup kmenové vlny přináší nejlepší objemovou účinnost a přesnost na kilogram.

Od zatížení k poměru: praktický průvodce výpočet točivého momentu harmonického reduktoru

Převádění požadavků na reálný svět do mechanických čísel

Robustní proces dimenzování začíná mapováním všech externích točivých momentů: statický gravitační točivý moment z užitečného zatížení a spojení, točivý moment dynamického zrychlení z požadovaných pohybových profilů, tření a těsnění a točivé momenty, jako je tažení kabelu. Přidejte bezpečnostní faktory pro nejistotu a zahrnujte pracovní cyklus. Hlavním cílem je zajistit, aby reduktor může přenášet točivé momenty a RMS bez nadměrného vytápění nebo únavy. Poměr je poté vybrán tak, aby udržel servomotor fungující v příznivé oblasti rychlosti a Torque při splnění cílů řešení řešení. Protože harmonické reduktory nabízejí velmi vysoké jednostupňové poměry, můžete si často vybrat menší motor bez ohrožení přesnosti, pokud je respektována přípustná rychlost reduktoru.

Pracovní postup krok za krokem s příkladem rovnic

• Vypočítat točivý moment: T _g = m · g · l · cos (9) o ose kloubu v úhlu nejhoršího případu.
• Vypočítat točivý moment zrychlení: T _a = J · α , s J jak se odráží setrvačnost a α jako úhlové zrychlení.
• Součtovat externí točivé momenty a přidat okraj: T _req = (T _g T _a T _f ) · Sf .
• Vyberte poměr, takže rychlost motoru a točivý moment klesá ve svém sladkém místě a ověřte redukční vstupní rychlostní limit.
• Zkontrolujte torzní tuhost proti cílům polohování a usazování.

Ilustrativní snímek velikosti

Zvažte zápěstí s nástrojem 2,5 kg v poloměru 0,25 m, zacílení na 300 °/s rychlými zvraty. Gravitační točivý moment v nejhorším případě je zhruba 2,5,81,81 0,25 ≈ 6,13 N · m. Předpokládejme, že zrychlení přidává 3,5 N · m a tření dalších 0,4 N · m. Při bezpečnostním faktoru 1,6 se požadovaný výstupní točivý moment stává (6,13 3,5 0,4) · 1,6 ≈ 16,7 n · m. Vyberte si poměr, který umožňuje motoru doručit tento po redukci a udržovat rychlost vstupu pod limity a zajistit, aby se odrážející setrvačnost zvládla pro kontrolu. Nakonec ověřte nepřetržitý točivý moment ve službě RMS kloubu, takže tepelné limity jsou respektovány nad profilem mise.

Příklad tabulky parametrů

Výše uvedený pracovní postup ztělesňuje ducha harmonický reduktor výpočet točivého momentu : kvantifikujte, okraj, ověřte tepelné chování a iterujte poměr, dokud ovladač nezasáhne rychlost, tuhost a cíle přesnosti bez nadměrných složek.

Navrhování a harmonický reduktor pro robotickou paži v průmyslových buňkách

Mapování požadavků na kloub v kinematickém řetězci

Vícesé rameno obvykle obsahuje klesající požadavky na točivý moment ze základny na zápěstí; Požadavky na přesnost se však často zvyšují k konečnému efektoru. Při výběru a harmonický reduktor pro robotickou paži Klouby, základna, mohou upřednostňovat vyšší točivý moment a tuhost pro polohovou stabilitu při dlouhých vazbách, zatímco zápěstí vyžaduje minimální vůli a nízkou hmotnost pro obratnost. Kompaktní axiální dimenze reduktoru pomáhá udržovat střed hmoty paže blízko každé osy, čímž se snižuje požadovanou kontra-torque a zlepšuje energetickou účinnost napříč clo cykly s častými starty a zastaveními.

Úvahy o kontrole: Inertia odpovídající a dodržování předpisů

Protože poměr reduktoru znásobuje točivý moment motoru a rozděluje rychlost, také zvyšuje odrážející setrvačnost zatížení čtvercem poměru, jak je vidět motorem. Je nezbytné zasáhnout rovnováhu mezi vysokým poměrem pro rozlišení a skromným poměrem pro ovladatelnost. Nadměrná odrazená setrvačnost může přinutit konzervativní zisky kontroly a prodloužit dobu usazování. Torzní dodržování reduktoru by mělo být zohledněno do modelu servo; Příliš malá tuhost se může spojit s setrvačností zatížení a vytvářet lehce tlumené režimy, zatímco tužší konfigurace podporuje vyšší sledování šířky pásma a ostřejší cesty bez překročení.

Faktory environmentálního a spolehlivosti

Průmyslové buňky vystavují klouby teplotním výkyvům, prachu a příležitostným dopadům. Vyberte těsnění a mazání kompatibilní s plány životního prostředí a údržby. Pokud se ARM zažívá časté změny nástroje, zvažte další bezpečnostní okraj pro přechodné točivé momenty během dokování. U vertikálních os, které musí udržovat zatížení během ztráty napájení, integrujte brzdu nebo vyberte reduktor s nízkou vnitřní zpětnou schopností, aby se omezila vzdálenost pádu, zatímco brzda se zabývá.

Srovnání důrazu na kloub paže

Výběr a Kompaktní harmonický reduktor pro kobot Klouby

Bezpečnost lidského měřítka a potřeba lehkých přenosů

Kolaborativní roboti sdílejí pracovní prostory s lidmi, a tak upřednostňují hladkou a ze své podstaty bezpečné dynamiky. A Kompaktní harmonický reduktor pro kobot Poskytuje vysoké snížení malé obálky a napomáhá lehkých ramen, které omezují setrvačnost a nárazovou energii. Hladké, téměř nulové narušení vůle podporuje odhad točivého momentu s vysokým rozlišením pro detekci kolize, zatímco kompaktnost umožňuje, aby se akční akční členy zastrčily do štíhlých profilů propojení, které se snadněji chrání a zaklínají bezpečnost.

Backdrivability and Force Řízení

Cobots těží z kloubů, které mohou být pozadu s rozumným točivým momentem, aby systém mohl detekovat a reagovat na neočekávaný kontakt. Harmonická redukce se liší ve zjevné zpětném zpětném řízení v závislosti na poměru a tření těsnění; Pomáhá výběr mírných poměrů a optimalizovaného mazání. Protože cobots často běží při nižších rychlostech s častou lidskou interakcí, tepelnou světlou výškou a kontinuálním točivým momentem - nejen vrchol - by se měli ověřit. Nízké koggingové motory spárované s redukcemi, které minimalizují stažení, zlepšují kontrolu malé síly a umožňují režimy sestavení a ruční ruce.

Užitečné zatížení, pracovní prostnebo cla

Zatímco užitečná zatížení spolupráce může být skromná, dlouhé dosah a rozšířené horizontální pozice mohou stále generovat smysluplný gravitační točivý moment. Reduktor musí být velikost pro držení nejhoršího případu a zároveň účtovat bezpečnostní funkce, jako je omezení síly a síly, které mohou derarovat maximální přípustné rychlosti. Návrháři by měli modelovat běžné úkoly - vybírání koček, tendenci stroje, lehké šroubovák - k určení skutečného točivého momentu RMS a zajistit, aby tepelné hodnocení reduktoru nepřekročilo během nepřetržité spolupráce.

Úvahy zaměřené na kobot versus obecné průmyslové zbraně

Rozhodovací rámec: harmonický reduktor vs planetární převodovka

Porovnání architektur napříč metrikami, na kterých záleží

Jak vlna napětí, tak planetární přenosy mohou poskytovat vysoké poměry a hustotu točivého momentu, ale jejich chování se liší způsoby, které ovlivňují vhodnost aplikace. Harmonické jednotky zdůrazňují velmi nízkou vůli, kompaktní axiální délku a vysoké jednostupňové poměry, což z nich činí vynikající pro přesné klouby a kompaktní zápěstí. Planetární fáze obvykle nabízejí schopnost vyšší vstupní rychlosti, silnou odolnost proti nárazům a velmi dobrou účinnost při mírných poměrech, které mohou být atraktivní pro spojité osy a vřetena s výkonem. Při hodnocení harmonický reduktor vs planetární převodovka Možnosti, váží stabilitu vůle oživu v životě, torzní tuhost, hluk, mazací intervaly a tepelnou stopu vašeho pracovního cyklu.

Tabulka porovnání vedle sebe

Výběr s úmyslem, nikoli zvyk

Pokud je vaše KPI opakovatelná přesnost s minimálním dodržováním předpisů, a Přesná harmonický redukční dolní vůle Konfigurace nabízí jasné výhody. Pokud je vaše KPI nepřetržitá vysokorychlostní rotace a odolnost vůči opakujícím se šokům, může být planetární stadium jednodušší. Mnoho systémů míchá obě: harmonické na zápěstí pro přesnost a planetární na dřívějších osách pro propustnost výkonu. Začněte od měřitelných požadavků, nikoli výběru starších.

Sestavení všeho dohromady: výběr, integrace a dlouhověkost

Praktický kontrolní seznam pro výběr prvního průchodu

• Definujte výstupní točivý moment: vrchol a RMS, včetně bezpečnostních faktorů.
• Nastavit cíle přesnosti: Přípustná vůle, torzní tuhost, opakovatelnost.
• Vyberte poměr přes výpočet točivého momentu harmonického reduktoru a porovnávání motoru.
• Ověřte limity rychlosti vstupu, přípustné převzetí zatížení a životnost.
• Potvrďte tepelný nárůst v pracovním cyklu; Naplánujte tepelné cesty a montáž.
• Posoudit zpětné a dodržování úkolů kontrolovaných sil v a kompaktní harmonický reduktor pro Cobot or a harmonický reduktor pro robotickou paži .

Integrace poznamenává, že chrání přesnost

Montážní tváře musí být ploché a koaxiální; Dokonce i malá vyrovnání mohou načíst ložiska a zkreslit flexspline, ponižující život. Použijte doporučené momenty šroubů a sekvenční vzorce. Pokud je to možné, vyvarujte se přenosu vnějšího šoku skrz krytiny oddělením. Pro správu kabelů, sekce ohýbání ohybu, aby se minimalizovaly přidané třecí točivé momenty, které by maskovaly jemné prahové hodnoty detekce kolize.

Údržbářské postupy, které udržují v průběhu času nízké vůle

Použijte zadané intervaly maziva a náplně; Nadměrné nebo nekompatibilní mazivo může zvýšit teplotu a snížit účinnost. Sledovat teplotu během dlouhých cyklů; Pokud bydlení běží teplejší, než se očekávalo, přehodnoťte předpoklady pracovního cyklu, okolní proudění vzduchu nebo výběr poměru. Pravidelně měří statickou tuhost a chybu polohy na zkušebním příslušenství; Rostoucí dodržování předpisů může varovat před opotřebením, než ovlivní kvalitu výroby.

Integrace dělá a nese souhrn