Harmonic Drive против планетарной коробки передач: что выигрывает у шарниров руки робота SCARA?

Компактный робот-манипулятор SCARA, выполняющий подъем и установку круглосуточно, 7 дней в неделю, с циклом 0,4 с, полезной нагрузкой 2 кг и 3000 часами непрерывной работы, делает решение о переходнике в соединении критически важным для бизнеса. На оси плеч, где совокупная масса руки и полезная нагрузка создают наибольший момент, Гармонический привод против планетарного редуктора Выбор определяет повторяемость, интервалы технического обслуживания и общую стоимость каждой оси.

Чего требует соединение SCARA от редуктора

Соединение SCARA имеет узкий рабочий диапазон, но ограниченный бюджет допусков. Прежде чем сравнивать гармоническую и планетарную конструкции, определите три непреложных требования: повторяемость позиционирования, моментная жесткость и пиковый моментальный крутящий момент.

• Люфт: от 0,1 до 0,3 угловых минут для осей локтя и запястья, от 0,5 до 1 угловых минут для плеч.
• Жесткость: жесткость на кручение должна противостоять режимам вибрации с усилением на расстоянии вытянутой руки.
• Коэффициент инерции: инерция ротора редуктора и отраженная инерция рычага влияют на настройку сервопривода.
• Рабочий цикл: большинство соединений SCARA выполняют от 1 до 2 миллионов циклов в год без периодов технического обслуживания.

Гармонический драйв против планетарной коробки передач: где побеждает Гармонический драйв

Для локтевой и запястной осей гармонический привод обеспечивает минимально достижимый люфт в одноступенчатом агрегате. Гибкая внешняя шлица, или flexspline, деформируется, поддерживая контакт с круглой шлицом, обеспечивая практически нулевой люфт без системы предварительного натяга.

Гибкий зубчатый редуктор серии BSHF для соединений с малым люфтом Этот редуктор с большим полым валом и компактным корпусом обеспечивает высокий крутящий момент и жесткость при минимальном весе, что делает его идеальным для легких манипуляторов роботов и прецизионных соединений. Посмотреть продукт →

Гармонические приводы также являются самым легким способом добиться высокого снижения шума при небольших размерах. Одна ступень обеспечивает соотношение от 50:1 до 160:1, что исключает необходимость использования вторичного ремня или ступени шестерни. Для SCARA с полезной нагрузкой 2 кг ось колена подвергается незначительным ударным нагрузкам, поэтому предел выносливости гибкой шлицы не является ограничивающим фактором при номинальном режиме работы.

Где гармонический двигатель испытывает трудности, так это плечевая ось в SCARA весом 10 кг и более. Цельный узел гибкой шлицы и подшипника имеет меньшую устойчивость к ударам, чем закаленный планетарный ряд. Скачки нагрузки из-за обнаружения столкновений или высокоскоростного инструмента на конце рычага могут превысить допустимый крутящий момент гибкой шлицы и вызвать необратимую деформацию.

Где планетарные редукторы превосходят гармонические приводы

Планетарные коробки передач выигрывают у более крупных роботов SCARA, поскольку они выдерживают высокие крутящие и ударные нагрузки благодаря расположению шестерен с разделенной нагрузкой. Нагрузка распределяется между несколькими планетарными шестернями, поэтому пиковый крутящий момент распределяется по многим точкам контакта зубьев.

Планетарный редуктор AHB с малым люфтом и высоким крутящим моментом Благодаря закаленным и шлифованным косозубым шестерням этот редуктор обеспечивает плавную, бесшумную работу и высокую жесткость, что делает его хорошо подходящим для плечевых осей, выдерживающих большие нагрузки и частые реверсы. Посмотреть продукт →

Прецизионные планетарные редукторы класса AHB обычно обеспечивают зазор от 1 до 3 угловых минут в стандартных прецизионных версиях и от 0,5 до 1 угловых минут с преднагруженным выходным подшипником. Благодаря закалке и шлифовке боковые поверхности зубьев шестерни противостоят образованию точечной коррозии на поверхности даже при частых реверсах старт-стоп. Прецизионные планетарные редукторы для соединений роботов регулярно наблюдаю такие условия.

Использование преднатяга с минимальным смещением или подшипниковой шайбы в современных планетарных агрегатах может привести к снижению биения менее 0,1 мм. Тем не менее, внутренние боковые зазоры означают, что измеренный люфт на выходе почти никогда не составляет менее 0,5 угловых минут без сложного тормоза или ступени двойного привода.

Прямое сравнение: производительность Harmonic Drive и планетарной коробки передач

В таблице ниже приведены наиболее важные показатели для совместного выбора SCARA.

Важное конструктивное отличие: гармонические приводы полагаются на отклонение гибкой шлицы для создания контакта шестерни, а нагрузка передается одновременно на круговую и гибкую шлицы. Планетарные редукторы используют три или четыре одинаковых планеты для распределения нагрузки, поэтому кратковременная перегрузка более щадящая.

Эффективность, прогрев и взаимодействие сервоприводов при непрерывной работе

Приводы Harmonic обеспечивают КПД от 60 до 75 процентов при передаточном отношении 50:1, тогда как планетарные редукторы обычно достигают КПД от 90 до 95 процентов при том же передаточном отношении. Разница проявляется в выделении тепла при непрерывной эксплуатации SCARA. Серводвигатель должен подавать дополнительный ток, чтобы преодолеть более высокий крутящий момент холостого хода гармонического редуктора в состоянии покоя, что влияет на коэффициент усиления контроллера и может вызвать тепловой дрейф в компактном рычаге.

Компания ZHEJIANG BEITTO TRANSMISSION TECHNOLOGY CO., LTD., которая производит продукцию под брендом BEITTO, неоднократно была свидетелем этого вида неисправности в полевых условиях: колено с гармоническим приводом теряет точность позиционирования после двухсменного дня из-за того, что температура обмотки сервопривода поднимается на 15 градусов Цельсия выше номинальной. Планетарные редукторы с меньшими потерями в элементах качения остаются более холодными при том же рабочем цикле.

Структура принятия решений для производителей роботов SCARA

Выберите тип редуктора, выполнив пятиэтапный процесс оценки.

1. Определите совместный бюджет повторяемости из спецификации продукта SCARA.
2. Рассчитайте пиковый и непрерывный крутящий момент на основе выбора двигателя и динамической модели рычага.
3. Измерьте требования к предельной жесткости в зависимости от длины рычага.
4. Сопоставьте передаточное число с номинальным числом оборотов серводвигателя и окном крутящего момента.
5. Сравните номинальную ударную нагрузку для конкретного инструмента на конце рычага и стратегию предотвращения столкновений.

Общее практическое правило: если крутящий момент на плечевой оси превышает 40 Нм и робот не работает в условиях строгой чистоты, планетарный вариант является более безопасным выбором конструкции. Для класса SCARA грузоподъемностью 5 кг гармонические приводы на локте и запястье представляют собой более легкую и простую руку с меньшим количеством ступеней зубчатой ​​передачи.

Коммутатор со спирально-конической передачей серии TD-CR с полым выходным валом Этот редуктор имеет конструкцию полого вала для гибкой маршрутизации и обеспечивает плавную и эффективную передачу мощности с низким люфтом и высоким крутящим моментом, поддерживая многоосные конфигурации в компактных системах. Посмотреть продукт →

Многие интеграторы в Китае и Европе строят гибридные архитектуры SCARA: планетарный редуктор на плече, два гармонических привода на локте и запястье. Такой подход снижает вес руки, сохраняя при этом запас крутящего момента в плече. Редуктор серии TDCR с одним входом и несколькими выходами также может обслуживать многоосные модули, уменьшая количество компонентов в компактной руке робота.

Часто задаваемые вопросы: Harmonic Drive и планетарный редуктор для SCARA