Optymalizacja zrobotyzowanej przekładni przegubowej Krytyczna rola przekładni hipoidalnych o zerowym luzie-

Zaprojektowanie niezawodnej przekładni przegubowej robota wymaga jednoczesnego uwzględnienia trzech aspektów:

maksymalizując gęstość momentu obrotowego, zmniejszając fizyczny ślad w celu uzyskania zwartości i gwarantując nieskazitelną powtarzalność.

Małe luzy mechaniczne (takie jak w złączu podstawy) mogą powodować błędy pozycjonowania efektora końcowego. Jako profesjonalny producent precyzyjnych elementów mechanicznych możemy w sposób odpowiedzialny powiedzieć, że luz mechaniczny jest głównym czynnikiem wpływającym na dokładność połączenia. Wprowadzi opóźnienia w sterowaniu i kumulujące się błędy podczas-szybkiego ruchu, bezpośrednio powodując dryf trajektorii i drgania robota o niskiej-częstotliwości. Jest to również główny powód dążenia do zerowego luzu w przegubie robota.

Dlaczego luz niszczy precyzję siłownika robota

W inżynierii mechanicznej luz to przerwa lub „luz” pomiędzy współpracującymi zębami przekładni. Podczas gdy w tradycyjnych skrzyniach biegów do smarowania i rozszerzalności cieplnej niezbędny jest niewielki luz, w przegubie robotycznym nawet najmniejszy luz jest niedopuszczalny.

Kiedy robot wielo-osiowy zmienia kierunek, luz powoduje „utratę ruchu”. Powoduje to nie tylko niewielki błąd pozycjonowania; powoduje to skumulowany błąd w całym łańcuchu kinematycznym.

Ponadto luz niszczy stabilność układu sterowania. Podczas dostrajania regulatorów PID mechaniczne nachylenie powoduje histerezę i opóźnienie sterowania, co prowadzi do mikro-oscylacji (cykli granicznych) na efektorze końcowym. Jeśli chcesz prawdyprecyzja siłownika robota-czy to spawanie laserowe, chirurgia medyczna czy dynamiczna lokomocja czworonogów,-wyeliminowanie tej utraty ruchu nie podlega-negocjacjom.

JakPrzekładnie hipoidalneOsiągnij prawdziwe zero-luzu

Być może masz pytanie: „Czy przekładnie hipoidalne nie są powszechnie stosowane w samochodowych mechanizmach różnicowych, które wyraźnie mają luz?” To słuszna obserwacja, ale w robotyce przekładnie hipoidalne są wdrażane zupełnie inaczej niż w przekładniach samochodowych.

Napęd hipoidalny vs. harmoniczny vs. reduktory RV

Wiemy, że nie ma „magicznego sprzętu”, który rozwiązałby wszystko. Musisz wybrać truciznę w oparciu o zastosowanie. Spójrzmy na prawdziwy-światnapęd hipoidalny vs harmonicznyi debata na temat reduktora RV.

Napędy harmoniczne(Przekładnie falowe)

Są popularnym wyborem w branży w przypadku lekkich,-stosownych konstrukcji złączy liniowych. W naturalny sposób osiągają zerowy luz.

Ale jest jedna wada: niska sztywność skrętna. Ponieważ opierają się na cienkiej, stale odkształcającej się metalowej misce (elastycznej linii), podlegają „nawijaniu” (odkształceniu sprężystemu) pod dużym obciążeniem. Warto wspomnieć, że mają one słabą odporność na obciążenia udarowe. Oznacza to, że nagła kolizja może natychmiastowo uszkodzić lub rozbić elastyczny splajn.

Reduktory RV (cykloidalne)

Charakteryzują się wyjątkowo dużą sztywnością i odpornością na uderzenia. Wadą jest to, że jest nieporęczny, ciężki i złożony strukturalnie, co czyni go całkowicie nieodpowiednim dla zwartych i elastycznych stawów (takich jak kolana robotycznych psów lub nadgarstki robotów współpracujących).

Różnicznik hipoidalny

Przekładnie hipoidalneW przeciwieństwie do napędów harmonicznych, hipoidy wykorzystują solidne,-utwardzane zęby ze stali, oferujące znacznie większą sztywność skrętną i zdolność do pochłaniania dużych obciążeń udarowych (co jest kluczowe w przypadku robotów z nogami uderzającymi o ziemię).

Co więcej, przekładnie hipoidalne z natury zapewniają-przekładnię kątową. Umożliwia to inżynierom umieszczenie serwomotoru równolegle do łącznika ramienia robota, drastycznie zmniejszając bezwładność obrotową przegubu i oszczędzając cenną objętość przestrzenną.

Napędy harmoniczne (przekładnie falowe)

Reduktory RV (cykloidalne)

Różnicznik hipoidalny

Gdzie hipoid pasuje do architektury robota

Jak pokazuje tabela,przekładnie hipoidalne z zerowym luzem-nie są uniwersalnym zamiennikiem-są optymalnym rozwiązaniem dla „środka”, gdzie sama sztywność lub czysta zwartość nie są w stanie spełnić wszystkich wymagań.

Złącze Cobota

Podstawowym celem projektowym Cobota jest współpraca z człowiekiem, co oznacza, że ​​złącza muszą być lekkie, kompaktowe, a jednocześnie zachować dokładność powtarzalności w granicach ± ​​0,02 mm. Tradycyjne rozwiązania, takie jak reduktory harmonicznych, są wystarczająco lekkie i cienkie, ale ich sztywność jest niewystarczająca, co może łatwo spowodować odchylenie położenia w warunkach zmiennego obciążenia; Dokładność i sztywność reduktora RV spełniają wymagania, ale jego rozmiar i waga przekraczają ograniczenia projektowe dla tych zastosowań.

Cable routing presents another critical constraint: the entire cobot arm requires internal cable channels to prevent tangling. The through-bore diameter of harmonic drives is limited, and RV reducers are ill-suited to a true hollow-bore configuration.

Rozwiązanie dla przekładni hipoidalnych

• Lekkość i wysoka sztywność:Ta sama waga zapewnia wyższą sztywność skrętną, a ugięcie-efektora końcowego pod obciążeniem w pozycji wysuniętej jest znacznie zmniejszone.
• Naturalny pusty kanał:Konstrukcja z przesunięciem osi zapewnia naturalny otwór przelotowy ułatwiający okablowanie.
• Korzyści w zakresie wydajności:Wysoka sprawność transmisji (92–97%) zapewnia mniejsze wytwarzanie ciepła, mniejsze zużycie energii i dłuższy czas ciągłej pracy.

Stawy nóg/nadgarstków robota humanoidalnego

Biorąc za przykład stawy nóg: w momencie skoku i lądowania robota obciążenie udarowe przenoszone przez stawy może osiągnąć 3-5-krotność obciążenia znamionowego; Stawy biodrowe i skokowe muszą zapewniać wielostopniową swobodę ruchu na ograniczonej przestrzeni, pozostawiając jednocześnie kanały dla rurociągów hydraulicznych lub kabli.

Harmonicznyjeździ: Elastyczne koło ma słabą odporność na uderzenia, a przypadkowy upadek może doprowadzić do uszkodzenia złącza.

Reduktor RV:Chociaż jest odporny na uderzenia, jego współosiowa konstrukcja wymusza osiowe łączenie silnika szeregowo, w wyniku czego złącza są zbyt długie i nieporęczne, aby odtworzyć zwarty profil ludzkiej anatomii.

Rozwiązanie dla przekładni hipoidalnych

• Silna odporność na uderzenia:Sztywny styk zębów-metalu- zapewnia przekładniom hipoidalnym naturalną odporność na obciążenia udarowe i udarowe.
• Wartość przesunięcia osi:Silnik można ustawić wzdłuż uda, a wał wyjściowy napędza łydkę. Silnik nie blokuje już osi zgięcia stawu, co pozwala uzyskać prawdziwie biomimetyczny, smukły profil nóg.

Przemysłowy efektor końcowy ramienia robota

Efektor końcowy (oś J4-J6) ramion robotów przemysłowych to strefa najbardziej podatna na utratę precyzji. Przestrzeń tutaj jest niezwykle ograniczona, ale musi wytrzymać obciążenie dynamiczne-obiektów kołyszących się z dużą prędkością. Jeszcze poważniejsze jest to, że gdy roboty wykonują takie procesy, jak blokowanie śrub, precyzyjny montaż i powlekanie klejem, efektor końcowy musi wykonywać częste, drobne dwukierunkowe mikroruchy.

Chociaż luz reduktora harmonicznych jest niewielki, histereza sprężystości elastycznego koła może powodować „drgania” i wpływać na stabilność procesu w przypadku pracy dwukierunkowej o wysokiej-częstotliwości.

Rozwiązanie dla przekładni hipoidalnych

• Natychmiastowa reakcja, zero luzów:Przekładnia hipoidalna w stanie napięcia wstępnego może w momencie cofania uzyskać sztywny kontakt.
• Wysoka stabilność termiczna:Styk toczny przekładni hipoidalnych generuje mniej ciepła, temperatura równowagi termicznej jest niska, a dryft dokładności jest mniejszy po-długiej pracy.
• Kontrolowana żywotność:Zużycie przekładni hipoidalnych jest stopniowe i monitorowane, a firmy mogą planować konserwację zapobiegawczą w oparciu o godziny pracy, zamiast czekać na nagłe awarie.

Złącze Cobota

Stawy nóg/nadgarstków robota humanoidalnego

Przemysłowy efektor końcowy ramienia robota

 

Stopień dokładności

W branży zwykle odwołuje się do norm ISO 17485 lub GB/T 11365, z poziomami dokładności w zakresie od 3 do 12 w kolejności malejącej.

• Współpracujące złącza robotów: wymagają 5-6 poziomów dokładności
• Nogi robota humanoidalnego: wymagają dokładności na poziomie 6-7, ale szczególnie kładą nacisk na stabilność obszaru styku z powierzchnią zęba
• Końcówka ramienia robota przemysłowego: wymaga 5 poziomów precyzji i ma rygorystyczne wymagania dotyczące chropowatości powierzchni zębów

Trójca Święta: obróbka cieplna, wykończenie powierzchni i tolerancja

Aby uzyskać zerowy luz, koła zębate muszą być dociskane do siebie przy dużym osiowym napięciu wstępnym. Jeśli powierzchnia zęba jest szorstka, to napięcie wstępne będzie generować ekstremalne tarcie, prowadzące do szybkiej rozszerzalności cieplnej, zatarcia i ostatecznego zniszczenia.

Przekładnia-najwyższej klasy musi zostać poddana precyzyjnemu utwardzaniu dyfuzyjnemu (nawęglaniu), aby uzyskać wytrzymały,-amortyzujący rdzeń o niezwykle-twardej obudowie. Jednakże obróbka cieplna powoduje odkształcenie metalu. Aby skorygować to zniekształcenie i uzyskać mikroskopijne wykończenie powierzchni wymagane do płynnego styku tocznego, przekładnia musi zostać poddana rygorystycznemu szlifowaniu CNC po-obróbce-obróbki cieplnej i łączonemu docieraniu.

Sprawdzając dostawcę, zażądaj przedstawienia specyfikacji chropowatości powierzchni (Ra) i zapytaj, w jaki sposób kontroluje on odkształcenia termiczne. Chcesz, aby poziomy precyzji były ściśle utrzymywane na poziomie od 5 do 7 (zgodnie ze standardami GB/DIN/ISO).

Precyzyjne zjeżdżanie biegów

Nowoczesne przeguby robotyczne są wysoce zintegrowane i często wymagają przekładni hipoidalnych ze złożonymi profilami wewnętrznymi, nieprzelotowymi otworami lub wąskimi ramionami, do których po prostu nie dociera tradycyjna obróbka frezarska.

Precyzyjna narta z przekładniąving(często nazywane power skivingiem) może rozwiązać te problemy Skiving to wysoce zaawansowany proces kinematyczny, który łączy ciągłe działanie toczne obwiedniowania z posuwisto-zwrotnym ruchem kształtowania. Umożliwia producentom wycinanie wewnętrznych kół zębatych i złożonych zintegrowanych wałów z niewiarygodną szybkością i dokładnością-na poziomie mikrona, tuż przy fizycznym występie.

Ocena niestandardowego producenta przekładni hipoidalnej

Zatem wykwalifikowany producent niestandardowych przekładni hipoidalnych zazwyczaj spełnia wymagania dotyczące doświadczenia, posiadania zaawansowanego sprzętu i rygorystycznego systemu zarządzania jakością.

Traktując nasz zespół w Hansheng jako praktyczny punkt odniesienia: przez ostatnie 10+ lata dedykowanej inżynierii przekładni nauczyliśmy się, że w kwestii sprzętu nie można iść na kompromis. Właśnie dlatego polegamy na-maszynie światowej klasy, takiej jak JapończycyMaszyny do skórowania Kashifuji KPS30.

Wybierając partnera, upewnij się, że posiada on tę specyficzną triadę: dziesięciolecia specjalistycznego doświadczenia, elitarny-sprzęt CNC/skórowanie i bezkompromisowa metrologia.

 

 

 

 

Aby uchronić Cię przed niekończącym się przewijaniem, zebrałem-światowe-kompromisy w postaci krótkiej-macierzy referencyjnej.

Zerowy luz, wysoka sztywność i elastyczny układ - przekładni hipoidalnych stają się potężnym wyborem w przypadku przegubowych przekładni w robotach nowej generacji. Nie ma na celu zastąpienia harmonicznych ani RV, ale zapewnienie nowego rozwiązania, gdy nie można rozwiązać „strefy środkowej”.

Hansheng Automation ma ponad dziesięcioletnie doświadczenie w-wysokiej precyzjiprodukcja przekładni, z w pełni kontrolowanym łańcuchem procesów: od projektowania, obróbki cieplnej, szlifowania kół zębatych po szlifowanie dopasowujące, w podstawowym sprzęcie zastosowano marki pierwszego poziomu, takie jak Kashifuji i WEDM, a dokładność partii jest stabilna na poziomach ISO/DIN/GB 5-7. Możemy zapewnić dostosowany zerowy luzrozwiązania transmisyjnedla robotów współpracujących, robotów humanoidalnych i ramion robotów przemysłowych.

Skontaktuj się z nami

Jaka jest różnica między przekładnią hipoidalną o zerowym{0}luzie a standardową przekładnią hipoidalną samochodową?

Obydwa mają ten sam geometryczny kształt, jednak ich zastosowanie jest zupełnie inne. Hipoidalne przekładnie samochodowe są specjalnie zaprojektowane z luzem, aby dostosować się do smarowania i rozszerzalności cieplnej w-zastosowaniach na dużą skalę. Specjalistyczne przekładnie hipoidalne do robotów są precyzyjnie szlifowane, montowane parami i poddawane kontrolowanej osiowej sile napięcia wstępnego w celu utrzymania kontaktu pomiędzy dwiema powierzchniami zębów, całkowicie eliminując w ten sposób straty ruchu.



Czy napięcie wstępne zwiększy zużycie i skróci żywotność?

Tylko w przypadku nieprawidłowego-nałożenia. Kiedy napięcie wstępne jest precyzyjnie skalibrowane podczas dopasowanego montażu, boki zębów odkształcają się elastycznie i utrzymują stabilny kontakt toczny, a nie ścierają się o siebie. W połączeniu z-utwardzaniem CNC i szlifowaniem do Ra mniejszego lub równego 0,4 μm, zużycie jest stopniowe i przewidywalne, - umożliwiając planową konserwację zamiast reaktywnej wymiany po nagłej awarii.



Czy przekładnie hipoidalne o zerowym luzie-mogą zastąpić napędy harmoniczne we wszystkich przegubach cobota?

Nie powszechnie. Napędy harmoniczne pozostają lepszym wyborem w przypadku ultra-kompaktowych, współosiowych przegubów nadgarstka, gdzie głównym ograniczeniem jest rozmiar koperty. Przekładnie hipoidalne zapewniają największe korzyści w-stawach środkowych ramion - łokciach i ramionach -, gdzie jednocześnie wymagana jest większa sztywność skrętna, odporność na wstrząsy i-przelotowe prowadzenie kabli.



Jaki stopień dokładności powinienem określić dla złącza robotycznego?

Ogólne wytyczne zgodnie z normą ISO 17485 / GB/T 11365: stawy środkowego-ramion cobota zazwyczaj wymagają stopnia 5–6; humanoidalne stawy nóg i skoków Stopień 6–7 z naciskiem na stabilność wzorca kontaktu; przemysłowe końcówki ramion-osie efektorowe (J4–J6) klasy 5 lub lepszej z rygorystycznymi wymaganiami dotyczącymi chropowatości powierzchni.



Jak ocenić, czy producent może spełnić wymagania dotyczące-robotów?

Trzy rzeczy do sprawdzenia: po pierwsze, czy obsługują dedykowane szlifierki hipoidalne (Gleason, Klingelnberg lub ich odpowiedniki) z-precyzyjnym szlifowaniem po hartowaniu-, a nie typowe centra CNC. Po drugie, dostarczają udokumentowane dane dotyczące chropowatości powierzchni Ra i raporty dotyczące wzorów styków dla każdego dopasowanego zestawu. Po trzecie, dostarczają i wymieniają koła zębate jako dopasowane pary.

W inżynierii mechanicznej „całkowicie zerowy luz” i „niskie tarcie” często wymagają obustronnego kompromisu.

„Przekładnię hipoidalną o zerowym luzie” opisaną w tym artykule uzyskano dzięki-bardzo precyzyjnemu szlifowaniu i precyzyjnemu naprężeniu układu. Należy zauważyć, że nadmierne napięcie wstępne może spowodować niewielką utratę wydajności przekładni i wzrost temperatury podczas pracy z dużą-prędkością.

Celem tego artykułu jest zwrócenie uwagi na konkretne przypadki użycia, w których geometria hipoidalna zapewnia korzyści inżynieryjne, - a nie sugerowanie, że przekładnie hipoidalne powinny wypierać istniejące rozwiązania. Napędy harmoniczne i reduktory RV są dojrzałe, powszechnie stosowane i pozostają pierwszym wyborem w zdecydowanej większości zastosowań zrobotyzowanych przegubów. Zachęcamy inżynierów do oceny wszystkich opcji w oparciu o ich specyficzne wymagania dotyczące obciążenia, przestrzeni i precyzji.