Harmonikus redukáló: Mély merülési útmutató a nagy pontosságú mozgási rendszerekhez

A hArmonikus (törzshullám) csökkentés működési AlApelvei és teljesítményjellemzői

Hogyan generálja a törzshullám mechanizmus magas arányt egy kompakt csomagban

A harmonikus redukáló - Gyakran egy feszültséghullám -sebességváltót hívnak - rugalmas csészét (FlexSpline), merev gyűrűt használnak belső fogakkal és elliptikus hullámgenerátort, hogy elérjék az egység méretének és tömegének szokatlanul magas redukciós arányát. Amikvagy a hullámgenerátor deformálja a csészét, a FlexSpline csak két lebenye bekapcsolja a gyűrűt bármely pillanatban, és mivel a FlexSpline -nek valamivel kevesebb foga van, mint a gyűrű, a hullámgenerátor minden forgása elősegíti az elkötelezettséget egy fogszám -különbséggel, nagy csökkentést eredményezve. Ez a geometria koncentrálja az érintkezést a mozgó zónákban, amely sok fogara terjed, és hozzájárul a sima hálóhoz. Az eredmény egy működtető szakasz, amely kivételes pozicionálási pontosságot eredményez alacsony visszahúzással, kiváló torziós merevséggel és megismételhető mozgást is, még a fordított terhelések mellett is.

Miért van a visszahúzás természetéből adódóan alacsony, és hogy ez hogyan javítja a precíziós mozgást?

A hagyományos fogaskerék -vonatokban visszahúzódnak a merev fogak közötti távolság. A feszültséghullám -reduktorban az elasztikus deformáció és a kerületi fogcsomagolás szinte előre betöltött érintkezést eredményez, amely drámai módon minimalizálja a szabad játékot. Az ív-minute vagy sub-ív-minute megismételhetőséghez szükséges alkalmazásokhoz-például a kamera-gimbalok, a félvezető kezelhetőség vagy a műtéti robotika-, ez a jellemző döntő előnyt jelent. A Precíziós harmonikus redukáló alacsony háttér A konfiguráció elősegíti a helyzet megőrzését a nyomaték zavarok és a mikro-rezgések ellen, amelyek egyébként kontúros hibaként halmozódnának fel, lehetővé téve a vezérlőhurok számára, hogy izgalmas rezgések nélkül magasabb nyereséget használjon.

Hatékonyság, merevség és életciklus -megfontolások

A hatékonyság az aránytól, a kenéstől és a terheléstől függ; A tipikus értékek versenyképesek a kompakt bolygófázisokkal mérsékelt arányban, bár a nagyon magas arányok kissé nagyobb belső flex veszteségeket mutathatnak. Az axiális és a sugárirányú merevséget a csapágyak és az eset geometria formálják, míg a torziós merevség tükrözi a flexspline falvastagságát és a fog eljegyzési ívét. Az életciklus erősen kötődik a megfelelő kenéshez és a hőmérséklet kezeléséhez; Az elasztikusan stresszes flex alkatrészek sok ezer órán keresztül futhatnak, ha a megadott nyomatékon és a sebességi borítékon belül működnek. A tervezőknek figyelembe kell venniük a gyakori induló és a hátrameneti mozgással rendelkező szolgálati ciklusokat, mivel a FlexSpline-ben lévő törzsmező a hullámgenerátorral forog, és a fáradtsági határok alatt kell tartani.

Ahol a harmonikus reduktorok ragyognak - és ahol más lehetőségek is alkalmasak

A harmonikus reduktorok kiemelkednek, ha kompakt méretre, magas arányra van szüksége az egyik szakaszban, alacsony tömegű, nagyon alacsony háttérrel és következetes pontosságra a szolgáltatási élettartamban. Természetesen illeszkednek az artikulált ízületekhez, a serpenyő-döntő fejekhez, a precíziós indexeléshez és az együttműködő robotcsukhoz. Ha az alkalmazás folyamatos nagysebességű forgást foglal magában, nehéz sokkterheléssel vagy rendkívül nagy bemeneti sebességgel, akkor a tervezők párosíthatják a reduktort egy upstream öv szakaszával, vagy fontolóra vehetik az alternatív architektúrákat. Ennek ellenére a közepes sebességű, nagy pontosságú feladatok többségében a feszültséghullám megközelítés az osztályban a legjobb térfogat hatékonyságot és a kilogrammonkénti pontosságot eredményezi.

Terhelésről arányra: gyakorlati útmutató a harmonikus reduktor nyomaték számítása

A valós követelmények mechanikus számokra történő fordítása

A robusztus méretezési folyamat az összes külső nyomaték feltérképezésével kezdődik: statikus gravitációs nyomaték a hasznos teherből és a linkből, a dinamikus gyorsulási nyomaték a kívánt mozgási profilokból, a súrlódás és a tömítés nyomatékokból, valamint a zavar nyomatékokból, mint például a kábel húzása. Adjon hozzá biztonsági tényezőket a bizonytalansághoz, és tartalmazza az üzemi ciklust. Az alapvető cél annak biztosítása, hogy a reduktor túlzott fűtés vagy fáradtság nélkül továbbadhassa a csúcs- és RMS nyomatékokat. Ezután az arányt úgy választják ki, hogy a szervómotor kedvező sebességgel működő régióban működjön, miközben teljesíti a felbontási célokat. Mivel a harmonikus reduktorok nagyon magas egylépcsős arányt kínálnak, gyakran választhat egy kisebb motort, anélkül, hogy veszélyezteti a pontosságot, feltéve, hogy a reduker megengedett bemeneti sebességét tiszteletben tartják.

Lépésről lépésre a munkafolyamat példa egyenletekkel

• Számítsa ki a gravitációs nyomatékot: T _g = m · g · l · cos (θ) az ízületi tengelyről a legrosszabb esetben.
• Számítsa ki a gyorsulási nyomatékot: T _a = J · α , J Ahogy tükröződik a tehetetlenség és α szöggyorsulásként.
• Összegezze a külső nyomatékokat, és adjon hozzá margót: T _revél = (T _g T _a T _f ) · Sf .
• Válassza ki az arányt, így a motor sebessége és nyomatéka esik az édes foltba, és ellenőrizze a reduktor bemeneti sebességkorlátozását.
• Ellenőrizze a torziós merevséget a helymeghatározás és az időcélok rendezése szempontjából.

Szemléltető mérett pillanatkép

Vegyünk egy 2,5 kg -os szerszámmal rendelkező csuklócsuklót 0,25 m sugáron, 300 °/s -t célozva gyors visszafordítással. A gravitációs nyomaték a legrosszabb póznál nagyjából 2,5 · 9,81 · 0,25 ≈ 6,13 n · m. Tegyük fel, hogy a gyorsulás 3,5 N · m -et ad hozzá, és a súrlódás újabb 0,4 n · m. 1,6 biztonsági tényezővel a szükséges kimeneti nyomaték (6,13 3,5 0,4) · 1,6 ≈ 16,7 n · m. Válasszon egy olyan arányt, amely lehetővé teszi a motor számára, hogy ezt a csökkentés után biztosítsa, miközben tartsa a bemeneti sebességet korlátozás alatt, és biztosítsa, hogy a tükrözött tehetetlenség kezelhető legyen a vezérléshez. Végül ellenőrizze a folyamatos nyomatékot az ízület RMS -szolgálatánál, így tiszteletben tartják a hőkorlátokat a misszió profiljában.

Példa paraméter táblázat

A fenti munkafolyamat megtestesíti a harmonikus redukáló nyomaték kiszámítása : számszerűsítse, margó, ellenőrizze a termikus viselkedést és az iterációs arányt, amíg a szelepmozgató meg nem éri a sebességet, a merevségi és pontossági célokat a túlméretezett alkatrészek nélkül.

A Harmonikus redukáló a robotkar számára ipari sejtekben

A közös követelmények feltérképezése a kinematikus láncon

A multi-tengelyes kar általában csökkenő nyomatékigényt mutat az alaptól a csuklóig; A pontossági igények azonban gyakran növekednek a véghatás felé. Amikor a Harmonikus redukáló a robotkar számára Az ízületek, az alap a hosszabb összeköttetéseknél nagyobb nyomatékot és merevséget kedvelhet a pozicionális stabilitás szempontjából, míg a csukló minimális visszahúzódást és alacsony tömeget igényel az agilitáshoz. A reduker kompakt tengelyirányú dimenziója segít megőrizni a kar tömegközéppontját az egyes tengelyek közelében, csökkentve a szükséges elleni küzdelmet és javítva az energiahatékonyságot a szolgálati ciklusok során a gyakori indulással és megállással.

Ellenőrzési szempontok: tehetetlenség -illesztés és megfelelés

Mivel a reduker arány megsokszorozza a motor nyomatékát és elosztja a sebességet, az is növeli a tükrözött terhelési tehetetlenséget az arány négyzetével, ahogy a motor látja. Alapvető fontosságú az egyensúly megteremtése a nagy felbontási arány és a kontrollálhatóság szerény aránya között. A túlzott tükröződött tehetetlenség kényszerítheti a konzervatív kontroll nyereséget és meghosszabbíthatja az üzembe helyezési időt. A reduktor torziós betartását figyelembe kell venni a szervo modellbe; A túl kevés merevség párhuzamos tehetetlenséggel járhat, és enyhén csillapított módokat hozhat létre, míg a merevebb konfiguráció támogatja a magasabb sávszélességet és az élesebb útkövetést túllépés nélkül.

Környezeti és megbízhatósági tényezők

Az ipari sejtek az ízületeket hőmérsékleti ingadozásoknak, pornak és alkalmi hatásoknak teszik ki. Válassza a Környezet és a karbantartási tervekkel kompatibilis tömítést és kenést. Ha az ARM tapasztalja a szerszámok gyakori változását, fontolja meg a dokkolás során a tranziens nyomatékok további biztonsági margóját. A függőleges tengelyek esetében, amelyeknek az energiaveszteség során terhelést kell tartaniuk, integráljon egy féket, vagy válasszon egy alacsony belső háttérképű reduktort, hogy korlátozza az esési távolságot, miközben a fék bekapcsol.

ARM ízületi kiemelés összehasonlítás

A Kompakt harmonikus redukáló a cobothoz Ízületek

Emberi szintű biztonság és a könnyű átvitel szükségessége

Az együttműködő robotok megosztják a munkaterületeket az emberekkel, és így prioritássá teszik a sima, eredendően biztonságos dinamikát. A Kompakt harmonikus redukáló a cobothoz Magas csökkentést biztosít egy kis borítékban, segítve a könnyűsúlyú karokat, amelyek korlátozzák a tehetetlenséget és az ütközési energiát. A zökkenőmentes, nulla visszaesési elkötelezettség támogatja a nagy felbontású nyomaték becslését az ütközés észlelésére, míg a tömörség lehetővé teszi a hajtóműveket, hogy vékony linkprofilokba kerüljenek, amelyek könnyebben pajzolhatók és kerekíthetők a biztonság érdekében.

Háttérképesség és erőszabályozás

A kobotok előnyösek azokból az ízületekből, amelyek ésszerű nyomatékkal hátráltathatók, így a rendszer felismerheti és reagálhat a váratlan érintkezésre. A harmonikus reduktorok látszólagos háttérképességétől függően változnak az aránytól és a tömítés súrlódásától függően; A mérsékelt arányok és az optimalizált kenés kiválasztása segít. Mivel a cobotok gyakran alacsonyabb sebességgel futnak, gyakori emberi interakcióval, a termikus fejtermékkel és a folyamatos nyomatékkal - nem csak csúcsra - ellenőrizni kell. Az alacsony cogging motorok, amelyek redukálókkal párosulnak, amelyek minimalizálják a súrlódást, javítják a kis erővezérlést, lehetővé téve a megfelelő összeszerelési és kézi vezetési módokat.

Hasznos teher, munkaterület és vámciklusok

Noha az együttműködő hasznos teher lehet szerény, a hosszú nyilatkozatok és a meghosszabbított vízszintes pózok továbbra is értelmes gravitációs nyomatékot generálhatnak. A reduktorot a legrosszabb esethez kell méretezni, miközben elszámolják a biztonsági funkciókat, például az energiát és az erő korlátozását, amely a maximális megengedhető sebességet megteheti. A tervezőknek modellezniük kell a közös feladatokat - a bin szedést, a gépi ápolást, a könnyű csavarozást -, hogy meghatározzák a valódi RMS nyomatékot, és biztosítsák, hogy a reduktor hőkanézetének nem haladja meg a folyamatos együttműködési művelet során.

Cobot-központú megfontolások az általános ipari fegyverekkel szemben

Döntési keret: Harmonikus reduker vs bolygófokozó

Az építészetek összehasonlítása a fontos mutatók között

Mind a feszültséghullám, mind a bolygó átvitele magas arányt és nyomaték -sűrűséggel járhat, de viselkedésük olyan módon különbözik, amely befolyásolja az alkalmazás alkalmasságát. A harmonikus egységek hangsúlyozzák az ultra-alacsony visszahúzódást, a kompakt tengelyirányú hosszúságot és a magas egylépcsős arányokat, így kiválóan szolgálnak a precíziós ízületekhez és a kompakt csuklóhoz. A bolygófázisok általában nagyobb bemeneti sebességet, erős ütésállóságot és nagyon jó hatékonyságot kínálnak a közepes arányban, ami vonzó lehet a folyamatos forgástengelyek és az erő-sűrű orsók számára. Az értékeléskor Harmonikus reduker vs bolygófokozó Opciók, mérlegelje a visszaesés stabilitását az élet felett, a torziós merevség, a zaj, a kenési intervallumok és a szolgálati ciklus termikus lábnyoma.

Egymás melletti összehasonlító táblázat

Szándékkal választva, nem szokással

Ha a KPI megismételhető pontossággal rendelkezik, minimális megfeleléssel, a Precíziós harmonikus redukáló alacsony háttér A konfiguráció egyértelmű előnyöket kínál. Ha a KPI folyamatos nagysebességű forgás és az ismétlődő sokkokkal szembeni ellenálló képesség, akkor a bolygófázis egyszerűbb lehet. Sok rendszer mindkettőt összekeveri: harmonikus a csuklónál a pontosság és a bolygó korábbi tengelyeknél az energiaátviteli sebesség érdekében. Kezdje a mérhető követelményektől, nem pedig a régi választásoktól.

Összeállítva: kiválasztás, integráció és hosszú élettartam

Gyakorlati ellenőrzőlista az első átadási kiválasztáshoz

• Határozza meg a kimeneti nyomatékot: csúcs és RMS, beleértve a biztonsági tényezőket is.
• Állítsa be a pontossági célokat: Megengedett visszaesés, torziós merevség, megismételhetőség.
• Válassza ki az arányt harmonikus reduktor nyomaték számítása és a motor illesztése.
• Ellenőrizze a bemeneti sebességkorlátozásokat, a megengedhető túlterheléseket és a csapágy élettartamát.
• Erősítse meg a termikus emelkedést az üzemi ciklusban; Tervezze meg a hőútokat és a rögzítést.
• Értékelje az erővezérelt feladatok hátterét és megfelelését a kompakt harmonikus redukáló cobothoz or a Harmonikus redukáló a robotkar számára .

Az integrációs megjegyzések, amelyek védik a pontosságot

A rögzítő felületeknek laposnak és együttesnek kell lenniük; Még a kis eltérések is előterhelhetik a csapágyakat, és torzíthatják a FlexSpline -t, a romló életet. Használjon ajánlott csavarmintákat és szekvenciamintákat. Kerülje a külső sokk továbbítását a házon keresztül a berendezés leválasztásával, ahol lehetséges. A kábelkezeléshez irányítsák a Flex szakaszokat, hogy minimalizálják a hozzáadott súrlódási nyomatékokat, amelyek elfedik a finom ütközés -észlelési küszöbértékeket.

Karbantartási gyakorlatok, amelyek az idő múlásával alacsonyan tartják a hátrányt

Használja a megadott kenőanyagot és az újratöltési intervallumokat; A túlzott vagy összeegyeztethetetlen zsír növelheti a hőmérsékletet és csökkentheti a hatékonyságot. Nyomon követi a hőmérsékletet hosszú ciklusok során; Ha a ház a vártnál melegebben működik, akkor vizsgálja felül a Duty Cycle feltételezéseit, a környezeti légáramot vagy az arányválasztást. Rendszeresen mérje meg a statikus merevséget és a pozicionálási hibát a teszt rögzítőjén; A növekvő megfelelés figyelmeztetheti a kopást, mielőtt ez befolyásolja a termelés minőségét.

Az integráció és nem is összefoglalja