Harmonische aandrijving versus planetaire versnellingsbak: de juiste robotgewrichtsreductiemiddel kiezen

Wanneer het polsgewricht van een collaboratieve robot 0,08 mm afwijkt onder een belasting van 1,5 kg, is het falende onderdeel zelden de servomotor. Het is het verloopstuk. Bij robotgewrichtstoepassingen bepaalt de beslissing tussen harmonische aandrijving en planetaire versnellingsbak de positioneringsnauwkeurigheid, koppeldichtheid, compliantie en meer kosten dan enig ander subsamenstel. De echte vraag is niet welke technologie in abstracto beter is, maar welke past bij het bewegingsprofiel van het gewricht.

Deze gids vergelijkt beide technologieën met behulp van meetbare parameters: speling, torsiestijfheid, koppeldichtheid, snelheidsvermogen en levensduur. Het eindigt met een praktisch selectiekader dat een constructeur kan toepassen alvorens een bestelling te plaatsen.

Harmonische aandrijving versus planetaire versnellingsbak: begin met speling en koppeldichtheid

Voor robotgewrichten levert een harmonische aandrijving een lagere speling en een hogere koppeldichtheid, terwijl een planetaire versnellingsbak zorgt voor een hogere stijfheid en betere kosten per newtonmeter.

Speling is de vrije hoekbeweging van de uitgang wanneer de ingang wordt vastgehouden. In een robotgewricht verschijnt het als een dode zone in de besturingsreactie en als een positiefout wanneer de richting omkeert. Een harmonische aandrijving vervormt een flexspline met een golfgenerator, waardoor twee in elkaar grijpende zones ontstaan ​​met vrijwel geen opening. Een typische harmonische aandrijving bereikt een speling van 1 boogmin of beter, en veel modellen bereiken een speling van 0,5 boogmin. Een standaard planetaire versnellingsbak heeft een interne speling tussen het zonnewiel en de planeetwielen, dus de speling ligt gewoonlijk tussen 3 en 15 boogminuten; precisie planetaire eenheden bereiken 1 tot 3 arcmin tegen een hogere prijs.

De koppeldichtheid, dat wil zeggen het nominale koppel per eenheid buitendiameter, is het tweede beslissende getal. De flexspline van een harmonische aandrijving wikkelt zich rond een cirkelvormige spline met een grote diameter, zodat dezelfde pakketgrootte grofweg twee tot drie keer het koppel levert van een vergelijkbare planetaire versnellingsbak. Voor een robotgewricht betekent dit een kleinere en lichtere pols met hetzelfde laadvermogen. Een planetaire versnellingsbak heeft meer radiale ruimte nodig voor zijn planeetwielen, waardoor deze zwaarder wordt voor hetzelfde uitgaande koppel.

Wanneer precisiehouden vereist is, kan de harmonische reducer diepe duikgids behandelt de controle-implicaties van bijna-nul-terugslag in meer detail.

BSHF-serie flexibele tandwielreductor met holle as Dit harmonische verloopstuk biedt vrijwel geen speling en een hoge stijfheid, waardoor het ideaal is voor precisievasthoudtoepassingen. Het compacte ontwerp met holle as is geschikt voor robotgewrichten met beperkte ruimte, en de lage torsiestijfheid heeft invloed op de afstemming van de controller. Bekijk Product →

Stijfheid en resonantie: waarom een harmonische drive de hele regellus verandert

Een harmonische aandrijving heeft een lagere torsiestijfheid dan een planetaire versnellingsbak, maar kent ook vrijwel geen speling, en dat vak verandert de manier waarop de controller reageert.

Torsiestijfheid is de weerstand tegen hoekverdraaiing onder belasting. Een planetaire versnellingsbak, waarbij meerdere planeetwielen in rollend contact staan, is stijf; een kleine eenheid kan 5 tot 10 Nm per boogmin weergeven. Een harmonische aandrijving is zachter, omdat de flexspline is ontworpen om te buigen. De lagere stijfheid, gecombineerd met de nulspeling, maakt de positielus voorspelbaarder, maar verlaagt de torsieresonantiefrequentie.

Als de robot op lage snelheid en met een kleine lading punt-tot-punt-positionering uitvoert, wint de harmonische aandrijving. Als het gewricht externe krachten moet afweren of een hoge acceleratie moet verwerken, is de stijvere planetaire versnellingsbak gemakkelijker te stabiliseren, omdat de regelkring op een hogere bandbreedte kan werken zonder structurele modi op te wekken.

Wanneer een planetaire versnellingsbak de juiste keuze is: kosten, bedrijfscyclus en impactbelastingen

Een planetaire versnellingsbak is de juiste keuze voor robotgewrichten die invoersnelheden van meer dan 4.000 tpm nodig hebben, schokbelastingen moeten overleven of binnen een krap budget moeten blijven.

Planetaire tandwielkasten zijn gebruikelijk in de robotica omdat ze efficiënt zijn, met 90 tot 97% per trap, robuust en betaalbaar. Ze draaien met ingangssnelheden van 5.000 tot 10.000 tpm, terwijl een harmonische aandrijving normaal gesproken beperkt is tot 3.000 tot 4.000 tpm omdat de flexspline sneller vermoeid raakt bij hoge snelheid. De planeetwielen verdelen de belasting over meerdere contactpunten, zodat de impactkrachten worden verdeeld. De dunne flexspline van een harmonische aandrijving kan permanent vervormen bij overmatig piekkoppel of een botsing. De kosten zijn een derde factor: een planetaire tandwielkast met dezelfde framegrootte kost doorgaans 30 tot 50 procent minder dan een harmonische aandrijving. Voor een robot met zes of zeven gewrichten is dit verschil aanzienlijk.

AHL-serie spiraalvormige planetaire reductor voor servomotoren Deze spiraalvormige planetaire versnellingsbak zorgt voor een soepele, geluidsarme werking en een hoog koppelvermogen. De integrale lagers en het onderhoudsvrije vet verminderen de stilstandtijd, waardoor het een kosteneffectieve keuze is voor schouder- en elleboogassen in industriële robots. Bekijk Product →

Hoe u de reducer aan een robotgewricht kunt koppelen: een praktisch selectiekader

Selecteer het verloopstuk door te beginnen met de vereiste positionele nauwkeurigheid, vervolgens het continue koppel en de snelheid te controleren en ten slotte de kosten en levensduur te vergelijken.

Door de werkelijke vereisten van de verbinding op volgorde te doorlopen, wordt de meest voorkomende fout voorkomen, namelijk het bestellen van een verloopstuk dat te groot is voor koppel, maar te klein voor nauwkeurigheid.

1. Definieer de vereiste herhaalbaarheid bij de eindeffector, bijvoorbeeld plus/minus 0,05 mm.
2. Converteer dat naar de hoekresolutie bij het gewricht met behulp van de armsegmentlengte.
3. Bereken het continue koppel op basis van de RMS-belasting van de motor en het piekkoppel op basis van het acceleratieprofiel.
4. Specificeer de maximale ingangssnelheid, omdat de nominale snelheid van de harmonische aandrijving lager is dan die van een planetaire.
5. Controleer de torsiestijfheid ten opzichte van de bandbreedte van de controller.
6. Vergelijk de totale eigendomskosten, inclusief reserveonderdelen en verwachte levensduur.

BEITTO's ervaring met zowel harmonische als planetaire aandrijfpaden

BEITTO produceert planetaire, flexibele tandwielen en reductoren met meerdere uitgangen, zodat een robotverbinding kan worden gespecificeerd op basis van opgeslagen productfamilies in plaats van vast te zitten aan één enkele technologie.

Zhejiang Beitto Transmission Technology Co., Ltd. (BEITTO) bouwt uiterst nauwkeurige planetaire reductoren in 18 series, flexibele tandwielreductoren in de BSHF-, BCSF- en BCSG-series, en een TD-serie voor transmissie met één ingang en meerdere uitgangen. Het bedrijf exploiteert een fabriek van 12.000 vierkante meter met meer dan 90 werknemers en meer dan 20 jaar ervaring in de versnellingsbakindustrie. De productievloer van BEITTO volgt Japanse precisieproductiemethoden en strikte kwaliteitscontrole, wat van belang is wanneer een verbinding gedurende een lange levensduur een nominaal koppel moet behouden.

Voor robotgewrichtsflexibiliteit en draagvermogen biedt de TDCR-serie een compacte configuratie met meerdere uitgangen. De De TDCR-serie is ontworpen om de flexibiliteit van het robotgewricht te verbeteren en laadvermogen met behoud van een lage speling.

TD-CR-serie spiraalvormige schuine verloopstukken met holle as Met een holle asuitgang en lage speling verbetert deze conische tandwielreductor de flexibiliteit en het laadvermogen van de robotgewrichten. Het onderhoudsvrije ontwerp en de flexibele montage vereenvoudigen de integratie en bieden een aanvulling op harmonische aandrijvingen voor meerassige systemen. Bekijk Product →

Veelgestelde vragen: Harmonische aandrijving versus planetaire versnellingsbak voor robotgewrichten

Welk verloopstuk heeft een lagere speling voor een robotgewricht?

Een harmonische aandrijving heeft een lagere speling, doorgaans 1 arcmin of beter. Een precisie planetaire tandwielkast haalt 1 tot 3 boogminuten, maar een standaard planetaire unit ligt doorgaans tussen de 3 en 15 boogminuten.

Kan een planetaire versnellingsbak een harmonische aandrijving in een robotpols vervangen?

Dat kan, maar de verbinding heeft een hogere speling en een lagere koppeldichtheid voor dezelfde framegrootte. De planetaire versnellingsbak zal ook sneller lopen en schokbelastingen beter verwerken, wat een voordeel kan zijn bij een pols met grijpassen.

Wat is het grootste risico bij het kiezen van een verloopstuk voor een robotgewricht?

Het grootste risico is het kiezen op basis van alleen het nominale koppel. Veel ingenieurs vergeten de torsiestijfheid, de invoersnelheid en de daadwerkelijke herhaalbaarheid van de verbinding te controleren. Een te zacht verloopstuk kan oscillatie veroorzaken, en een verloopstuk dat te langzaam is voor het maximale toerental van de motor zal de levensduur ervan verkorten.

Hoe bereken ik de versnellingsbakgrootte voor een robotgewricht?

Begin met het continue koppel op het gewricht, vermenigvuldig dit met een piekfactor van 2 tot 3 voor de acceleratie en bevestig vervolgens de vereiste invoersnelheid. Als het gewricht nauwkeurig moet worden vastgehouden, controleer dan ook de speling en stijfheid ten opzichte van de positiecontrolelus.