Harmonik redüktör: Yüksek hassasiyetli hareket sistemleri için derin dalış kılavuzu

HArMonik (Gerinim dAlGAsı) azaltmanın çalışma ilkeleri ve perFormans özellikleri

Gerinim dalGası mekanizması kompakt bir pakette nasıl yüksek oranlar üretir?

A harmonik redüktör - Genellikle bir gerinim dalgası şanzımanı olarak adlandırılır - esnek bir bardak (Flexspline), iç dişlere sahip sert bir halka ve ünitenin boyutu ve kütlesi için alışılmadık derecede yüksek olan indirgeme oranları elde etmek için eliptik bir dalga jeneratörü kullanır. Dalga jeneratörü bardağı deForme ettiğinde, Flexspline'ın sadece iki lobu halka herhangi bir anda devreye girer ve Flexspline halkadan biraz daha az dişe sahip olduğu için, dalga jeneratörünün her dönüşü bir diş sayımı farkıyla etkileşimi ilerletir ve büyük bir azalma üretir. Bu geometri, birçok dişin üzerine aşınma yayılan ve pürüzsüz ağlamaya katkıda bulunan hareketli bölgelerdeki teması yoğunlaştırır. Sonuç, düşük tepki, mükemmel burulma sertliği ve ters yükler altında bile tekrarlanabilir hareket ile olağanüstü konumlandırma hassasiyetini sağlayan bir aktüatör aşamasıdır.

Tepke neden doğal olarak düşüktür ve bunun hassas harekete nasıl fayda sağladık?

Geleneksel dişli trenlerinde, tepki, sert dişler arasındaki boşluktan kaynaklanır. Bir gerinim dalgası azaltıcısında, elastik deformasyon ve çevresel diş sargısı, serbest oyunu önemli ölçüde en aza indiren neredeyse önceden yüklenmiş bir temas üretir. Kamera gimbalları, yarı iletken kullanımı veya cerrahi robotik gibi ARC dakika veya alt-ark-dakika tekrarlanabilirliği gerektiren uygulamalar için bu karakteristik belirleyici bir avantaj haline gelir. A hassas harmonik azaltıcı düşük tepki Konfigürasyon, aksi takdirde konturlama hatası olarak birikecek olan tork bozukluklarına ve mikro vibrasyonlara karşı pozisyon tutmaya yardımcı olur ve kontrol döngüsünün heyecan verici salınımlar olmadan daha yüksek kazançlar kullanmasına izin verir.

Verimlilik, sertlik ve yaşam döngüsü hususları

Verimlilik orana, yağlamaya ve yüke bağlıdır; Tipik değerler, ılımlı oranlarda kompakt gezegen aşamalarıyla rekabetçidir, ancak çok yüksek oranlar biraz daha fazla iç esnek kayıplar gösterebilir. Eksenel ve radyal sertlik rulmanlar ve kasa geometrisi ile şekillenirken, burulma sertliği Flexspline Duvar Kalınlığı ve Diş Nişan eti yayını yansıtır. Yaşam döngüsü, uygun yağlama ve sıcaklık yönetimine güçlü bir şekilde bağlıdır; Elastik stresli esnek bileşenler, belirtilen tork ve hız zarflarının içinde çalıştırılırsa binlerce saat çalışabilir. Tasarımcılar, flexspline'daki gerinim alanı dalga jeneratörü ile döndüğü ve yorgunluk sınırlarının altında tutulması gerektiğinden, sık sık başlatma-durma ve ters hareketle görev döngülerini göz önünde bulundurmalıdır.

Harmonik azaltıcıların parladığı yer ve diğer seçeneklerin uyabileceği yerler

Harmonik redüktörler, kompakt boyuta, bir aşamada yüksek oranlara, düşük kütleye, çok düşük tepkiye ve hizmet ömrü boyunca tutarlı doğruluğa ihtiyacınız olduğunda mükemmeldir. Mafsallı eklemler, pan-eğik kafaları, hassas indeksleme ve işbirlikçi robot bilekleri için doğal bir uyumdur. Uygulama, ağır şok yükleri veya son derece yüksek giriş hızları gerektiren sürekli yüksek hızlı dönme içeriyorsa, tasarımcılar azaltıcıyı bir yukarı akış kayış aşamasıyla eşleştirebilir veya alternatif mimarileri düşünebilir. Yine de, orta hızlı, yüksek hassasiyetli görevlerin çoğunda, gerinim dalgası yaklaşımı, kilogram başına sınıfının en iyisi hacimsel verimlilik ve doğruluk verir.

Yükten orana: pratik bir rehber Harmonik redüktör tork hesaplaması

Gerçek dünya gereksinimlerini mekanik sayılara dönüştürmek

Sağlam bir boyutlandırma işlemi, tüm harici torkları haritalayarak başlar: yük ve bağlantıdan statik yerçekimi torku, istenen hareket profillerinden dinamik ivme torku, sürtünme ve conta torkları ve kablo sürükleme gibi rahatsızlık torkları. Belirsizlik için güvenlik faktörleri ekleyin ve görev döngüsü ekleyin. Temel amaç, azaltıcının aşırı ısıtma veya yorgunluk olmadan tepe ve RMS torklarını iletebilmesini sağlamaktır. Oran daha sonra, çözünürlük hedeflerini karşılarken Servo motorunun uygun bir hız -torque bölgesinde çalışmasını sağlamak için seçilir. Harmonik azaltıcılar çok yüksek tek aşamalı oranlar sunduğundan, azaltıcının izin verilen giriş hızına saygı duyulması koşuluyla, genellikle doğruluktan ödün vermeden daha küçük bir motor seçebilirsiniz.

Örnek denklemlerle adım adım iş akışı

• Yerçekimi torkunu hesaplayın: T _g = m · g · l · cos (θ) en kötü durum açısında eklem ekseni hakkında.
• Hızlandırma Hızlandırma Torku: T _a = J · α , ile J yansıtıldığı gibi atalet ve α açısal ivme olarak.
• Harici torkları toplayın ve marj ekle: T _{yeniden düzenlemek} = (T _g T _a T _f ) · Sf .
• Motor hızı ve torkun tatlı noktasına düşmesi için oranı seçin ve redüktör giriş hızı sınırını doğrulayın.
• Konumlandırma ve yerleşim süresi hedeflerine karşı burulma sertliğini kontrol edin.

Açıklayıcı Boyutlandırma Anlık Görüntüsü

Hızlı geri dönüşlerle 300 °/s hedefleyen 0.25 m'lik bir yarıçapta 2,5 kg'lık bir alet olan bir bilek eklemini düşünün. En kötü pozda yerçekimi torku kabaca 2,5 · 9.81 · 0.25 ≈ 6.13 n · m'dir. Diyelim ki ivme 3,5 n · m ve sürtünme daha 0.4 n · m ekliyor. 1.6 güvenlik faktörü ile gerekli çıkış torku (6.13 3.5 0.4) · 1.6 ≈ 16.7 n · m olur. Giriş hızını sınırlar altında tutarken ve yansıyan ataletin kontrol için yönetilebilir olmasını sağlayarak motorun azaltıldıktan sonra bunu sağlamasını sağlayan bir oran seçin. Son olarak, görev profiline termal sınırlara saygı duyulması için eklemin RMS görevinde sürekli torku doğrulayın.

Örnek Parametre Tablosu

Yukarıdaki iş akışı ruhunu somutlaştırır harmonik redüktör tork hesaplaması : Aktüatör, büyük boy bileşenler olmadan hız, sertlik ve doğruluk hedeflerine ulaşana kadar ölçün, marj, termal davranış ve yineleme oranını doğrulayın.

Tasarım Robotik kol için harmonik redüktör Endüstriyel hücrelerde

Kinematik zincir boyunca ortak gereksinimleri haritalama

Çok eksenli bir kol tipik olarak tabandan bileğe azalan tork gereksinimlerine sahiptir; Bununla birlikte, doğruluk talepleri genellikle son efektöre doğru artar. Seçerken Robotik kol için harmonik redüktör eklemler, taban uzun bağlantılar altında konumsal stabilite için daha yüksek tork ve sertliği destekleyebilirken, bilek minimum tepki ve çeviklik için düşük kütle gerektirir. Redüktörün kompakt eksenel boyutu, kolun kütle merkezini her eksene yakın tutmaya yardımcı olur, bu da gerekli karşı torku azaltır ve sık başlangıç ​​ve duraklarla görev döngülerinde enerji verimliliğini artırır.

Kontrol Hususları: Atalet eşleştirme ve uyumluluk

Redüktör oranı motor torkunu çoğalttığından ve hızı bölerken, motor tarafından görüldüğü gibi yansıyan yük atalığını oranın karesi ile arttırır. Çözünürlük için yüksek oran ile kontrol edilebilirlik için mütevazı oran arasında bir dengenin çarpılması esastır. Aşırı yansıyan atalet, muhafazakar kontrol kazanımlarını zorlayabilir ve yerleşim süresini uzatabilir. Redüktörün burulma uyumu servo modeline dahil edilmelidir; Çok az sertlik yük ataleti ile birleşebilir ve hafif sönümlü modlar oluşturabilirken, daha sert bir yapılandırma, daha yüksek bant genişliğini ve daha keskin yol izlemesini aşmadan destekler.

Çevresel ve güvenilirlik faktörleri

Endüstriyel hücreler eklemleri sıcaklık salınımlarına, tozuna ve ara sıra etkilere maruz bırakır. Çevre ve bakım planları ile uyumlu sızdırmazlık ve yağlamayı seçin. Kol, sık takım değişiklikleri yaşarsa, yerleştirme sırasında geçici torklar için ek güvenlik marjını göz önünde bulundurun. Güç kaybı sırasında yükü tutması gereken dikey eksenler için, bir freni entegre edin veya fren geçerken düşme mesafesini sınırlamak için düşük dahili arka çekilebilirliğe sahip bir redüktör seçin.

Kol eklemi vurgu karşılaştırması

Seçme Cobot için kompakt harmonik redüktör Eklemler

İnsan ölçekli güvenlik ve hafif şanzımanlara duyulan ihtiyaç

İşbirlikçi robotlar çalışma alanlarını insanlarla paylaşır ve böylece pürüzsüz, doğal olarak güvenli dinamiklere öncelik verir. A Cobot için kompakt harmonik redüktör Atalet ve darbe enerjisini sınırlayan hafif kollara yardımcı olan küçük bir zarfta yüksek azalma sağlar. Pürüzsüz, sıfıra yakın tepki varlığı, çarpışma tespiti için yüksek çözünürlüklü tork tahminini desteklerken, kompaktlık aktüatörlerin güvenlik için daha kolay ve yuvarlanması daha kolay olan ince bağlantı profillerine sıkışmasına izin verir.

Geri çekilebilirlik ve kuvvet kontrolü

Kobotlar, sistemin beklenmedik teması algılayabilmesi ve yanıt verebilmesi için makul bir torkla geri çevrilebilen eklemlerden yararlanır. Harmonik azaltıcılar, orana ve conta sürtünmesine bağlı olarak belirgin geri sürülebilirlik bakımından farklılık gösterir; Orta oranların seçilmesi ve optimize edilmiş yağlama yardımcı olur. Kobotlar genellikle sık insan etkileşimi ile daha düşük hızlarda çalıştığından, termal tavan boşluğu ve sürekli tork - sadece zirve değil - doğrulanmalıdır. STECTICE en aza indiren azaltıcılarla eşleştirilmiş düşük karmaşa motorları, küçük kuvvet kontrolünü geliştirerek uyumlu montaj ve el kılma modlarını mümkün kılar.

Yük, çalışma alanı ve görev döngüleri

İşbirlikçi yükler mütevazı olsa da, uzun erişimler ve genişletilmiş yatay pozlar hala anlamlı yerçekimi torku üretebilir. Redüktör, en kötü durum duruşu için boyutlandırılmalıdır ve güç ve kuvvet sınırlama gibi güvenlik işlevlerini açıklayabilir ve izin verilen maksimum hızları azaltacaktır. Tasarımcılar, gerçek RMS torkunu belirlemek ve sürekli işbirlikçi çalışma sırasında azaltıcının termal derecelendirmesinin aşılmamasını sağlamak için ortak görevleri - toplama, makine eğilimi, hafif tornalama - modellemelidir.

Genel endüstriyel kollara karşı Cobot odaklı hususlar

Karar çerçevesi: Harmonik redüktör vs gezegen şanzımanı

Önemli olan metrikler arasındaki mimarileri karşılaştırmak

Hem gerinim dalgası hem de gezegensel şanzımanlar yüksek oranlar ve tork yoğunluğu sağlayabilir, ancak davranışları uygulamaya uygunluğunu etkileyecek şekilde farklılık gösterir. Harmonik birimler, ultra düşük tepki, kompakt eksenel uzunluk ve yüksek tek aşamalı oranları vurgular, bu da onları hassas eklemler ve kompakt bilekler için mükemmel hale getirir. Gezegen aşamaları tipik olarak daha yüksek giriş hızı özelliği, güçlü şok direnci ve orta oranlarda çok iyi verimlilik sunar, bu da sürekli dönme eksenleri ve güç yoğun iğler için cazip olabilir. Değerlendirirken Harmonik redüktör vs gezegen şanzımanı Seçenekler, yaşam üzerindeki geri tepme stabilitesi, burulma sertliği, gürültü, yağlama aralıkları ve görev döngünüzün termal ayak izi.

Yan yana karşılaştırma tablosu

Habitle değil niyetle seçim yapmak

KPI'niz minimum uyumluluk ile tekrarlanabilir bir doğruluksa, hassas harmonik azaltıcı düşük tepki Yapılandırma net avantajlar sunar. KPI'nız sürekli yüksek hızlı rotasyon ve tekrarlayan şoklara dayanıklıysa, gezegensel bir aşama daha basit olabilir. Birçok sistem her ikisini de karıştırır: doğruluk için bilekte harmonik ve güç verimi için daha önceki eksenlerde gezegensel. Eski seçimlerden değil, ölçülebilir gereksinimlerden başlayın.

Hepsini bir araya getirmek: seçim, entegrasyon ve uzun ömürlülük

İlk geçiş seçimi için pratik bir kontrol listesi

• Çıkış torkunu tanımlayın: Peak ve RMS, güvenlik faktörleri dahil.
• Yapmakğruluk hedeflerini ayarlayın: İzin verilen tepki, burulma sertliği, tekrarlanabilirlik.
• Oran üzerinden oranı seçin Harmonik redüktör tork hesaplaması ve motor eşleştirme.
• Giriş hızı sınırlarını, izin verilen aşırı yükleri ve taşıma ömrünü doğrulayın.
• Görev döngüsünde termal artışı onaylayın; Isı yolları ve montaj planlayın.
• Kuvvet kontrollü görevler için arka planlanabilirliği ve uyumluluğu bir kompakt harmonik redüktör Cobot için veya bir Robotik kol için harmonik redüktör .

Doğruluğu koruyan entegrasyon notları

Montaj yüzleri düz ve eş eksenli olmalıdır; Küçük yanlış hizalamalar bile rulmanları önceden yükleyebilir ve flexspline'ı bozabilir, ömrü bozabilir. Önerilen cıvata torklarını ve dizi desenlerini kullanın. Mümkün olduğunca armatürleri ayırarak muhafazadan harici şok iletiminden kaçının. Kablo yönetimi için, hassas çarpışma algılama eşiklerini maskeleyecek ek sürtünme torklarını en aza indirmek için esnek bölümleri yönlendirin.

Zaman içinde geri tepme düşük tutan bakım uygulamaları

Belirtilen yağlayıcı ve doldurma aralıklarını kullanın; Aşırı veya uyumsuz gres sıcaklığı artırabilir ve verimliliği azaltabilir. Uzun döngüler sırasında sıcaklığı izleyin; Konut beklenenden daha sıcak çalışıyorsa, görev döngüsü varsayımlarını, ortam hava akışını veya oran seçimini tekrar ziyaret edin. Bir test fikstüründe statik sertliği ve konumlandırma hatasını periyodik olarak ölçmek; Artan uyum, üretim kalitesini etkilemeden önce aşınmayı uyarabilir.

Entegrasyon DO'lar ve Değil özet