Truyền động điều hòa và Hộp số hành tinh: Chọn Bộ giảm tốc khớp rô-bốt phù hợp

Khi khớp cổ tay của robot cộng tác bị lệch 0,08 mm dưới tải trọng 1,5 kg, bộ phận bị hỏng hiếm khi nằm ở động cơ servo. Nó là bộ giảm tốc. Trong các ứng dụng khớp rô-bốt, quyết định về bộ truyền động điều hòa và hộp số hành tinh xác định độ chính xác về vị trí, mật độ mô-men xoắn, độ tuân thủ và chi phí cao hơn bất kỳ cụm lắp ráp phụ nào khác. Câu hỏi thực sự không phải là công nghệ nào tốt hơn về mặt trừu tượng, mà là công nghệ nào phù hợp với đặc tính chuyển động của khớp.

Hướng dẫn này so sánh cả hai công nghệ bằng cách sử dụng các thông số có thể đo được: độ phản ứng ngược, độ cứng xoắn, mật độ mô-men xoắn, khả năng tốc độ và tuổi thọ sử dụng. Nó kết thúc bằng một khuôn khổ lựa chọn thực tế mà kỹ sư thiết kế có thể áp dụng trước khi đặt hàng.

Truyền động hài hòa và Hộp số hành tinh: Bắt đầu với Mật độ phản ứng dữ dội và mô-men xoắn

Đối với các khớp robot, bộ truyền động điều hòa mang lại phản ứng ngược thấp hơn và mật độ mô-men xoắn cao hơn, trong khi hộp số hành tinh mang lại độ cứng cao hơn và chi phí trên mỗi newton-mét tốt hơn.

Phản ứng ngược là chuyển động góc tự do của đầu ra khi đầu vào được giữ. Trong khớp robot, nó hiển thị dưới dạng vùng chết trong phản hồi điều khiển và dưới dạng lỗi vị trí khi đổi hướng. Bộ truyền động điều hòa làm biến dạng đường uốn cong bằng bộ tạo sóng, tạo ra hai vùng chia lưới gần như không có khe hở. Một bộ điều khiển sóng hài điển hình đạt phản ứng ngược từ 1 phút cung trở lên và nhiều kiểu máy đạt được 0,5 arcmin. Một hộp số hành tinh tiêu chuẩn có khe hở bên trong giữa bánh răng mặt trời và bánh răng hành tinh, do đó phản lực thường rơi vào khoảng từ 3 đến 15 phút cung; các đơn vị hành tinh chính xác đạt 1 đến 3 phút cung với giá cao hơn.

Mật độ mô-men xoắn, nghĩa là mô-men xoắn định mức trên một đơn vị đường kính ngoài, là con số quyết định thứ hai. Đường cong uốn cong của bộ truyền động điều hòa bao quanh một đường trục tròn có đường kính lớn, do đó, cùng một kích thước gói mang lại mô-men xoắn gấp khoảng hai đến ba lần so với hộp số hành tinh tương đương. Đối với khớp robot, điều này có nghĩa là cổ tay nhỏ hơn và nhẹ hơn với cùng khả năng chịu tải. Hộp số hành tinh cần nhiều không gian xuyên tâm hơn cho các bánh răng hành tinh của nó, khiến nó nặng hơn với cùng một mô-men xoắn đầu ra.

Khi yêu cầu là giữ độ chính xác, hướng dẫn lặn sâu giảm sóng hài trình bày chi tiết hơn các ý nghĩa kiểm soát của phản ứng dữ dội gần như bằng 0.

Hộp giảm tốc linh hoạt dòng BSHF có trục rỗng Bộ giảm tốc điều hòa này mang lại phản ứng ngược gần như bằng 0 và độ cứng cao, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng giữ chính xác. Thiết kế trục rỗng nhỏ gọn của nó phù hợp với các khớp robot bị giới hạn về không gian và độ cứng xoắn thấp ảnh hưởng đến việc điều chỉnh bộ điều khiển. Xem sản phẩm →

Độ cứng và cộng hưởng: Tại sao bộ điều khiển sóng hài lại thay đổi toàn bộ vòng điều khiển

Bộ truyền động điều hòa có độ cứng xoắn thấp hơn hộp số hành tinh, nhưng nó cũng hầu như không có phản ứng dữ dội và sự thay đổi đó sẽ thay đổi cách bộ điều khiển phản ứng.

Độ cứng xoắn là khả năng chống lại độ lệch góc dưới tải trọng. Hộp số hành tinh, với một số bánh răng hành tinh tiếp xúc lăn, bị cứng; một đơn vị nhỏ có thể hiển thị 5 đến 10 Nm mỗi phút cung. Bộ truyền động điều hòa mềm hơn vì đường uốn cong được thiết kế để uốn cong. Độ cứng thấp hơn, kết hợp với khe hở phản ứng ngược bằng 0, làm cho vòng lặp vị trí dễ dự đoán hơn nhưng làm giảm tần số cộng hưởng xoắn.

Nếu robot thực hiện định vị điểm-điểm ở tốc độ thấp với tải trọng nhỏ, bộ truyền động điều hòa sẽ thắng. Nếu khớp phải từ chối ngoại lực hoặc xử lý gia tốc cao, hộp số hành tinh cứng hơn sẽ dễ ổn định hơn vì vòng điều khiển có thể hoạt động ở băng thông cao hơn mà không cần các chế độ cấu trúc thú vị.

Khi hộp số hành tinh là lựa chọn phù hợp: Chi phí, chu kỳ hoạt động và tải trọng tác động

Hộp số hành tinh là lựa chọn chính xác cho các khớp robot cần tốc độ đầu vào trên 4.000 vòng/phút, phải chịu được tải va đập hoặc phải nằm trong ngân sách eo hẹp.

Hộp số hành tinh rất phổ biến trong chế tạo robot vì chúng hiệu quả, đạt 90 đến 97% mỗi giai đoạn, mạnh mẽ và giá cả phải chăng. Chúng chạy ở tốc độ đầu vào từ 5.000 đến 10.000 vòng/phút, trong khi truyền động điều hòa thường bị giới hạn ở 3.000 đến 4.000 vòng/phút vì flexspline mỏi nhanh hơn ở tốc độ cao. Các bánh răng hành tinh chia sẻ tải trọng trên nhiều điểm tiếp xúc, do đó lực tác động được phân bổ. Đường uốn cong mỏng của bộ truyền động điều hòa có thể biến dạng vĩnh viễn dưới mô-men xoắn cực đại quá mức hoặc khi va chạm. Chi phí là yếu tố thứ ba: hộp số hành tinh có cùng kích thước khung thường có giá thấp hơn từ 30 đến 50% so với bộ truyền động điều hòa. Đối với robot có sáu hoặc bảy khớp, sự khác biệt này là rất đáng kể.

Bộ giảm tốc hành tinh xoắn ốc dòng AHL cho động cơ servo Hộp số hành tinh xoắn ốc này mang đến khả năng vận hành êm ái, ít tiếng ồn và công suất mô-men xoắn cao. Vòng bi tích hợp và mỡ không cần bảo trì giúp giảm thời gian ngừng hoạt động, khiến nó trở thành lựa chọn tiết kiệm chi phí cho trục vai và khuỷu tay trong robot công nghiệp. Xem sản phẩm →

Cách kết hợp bộ giảm tốc với khớp robot: Khung lựa chọn thực tế

Chọn bộ giảm tốc bằng cách bắt đầu với yêu cầu về độ chính xác của vị trí, sau đó kiểm tra mô-men xoắn và tốc độ liên tục, cuối cùng là so sánh chi phí và tuổi thọ sử dụng.

Xử lý theo các yêu cầu thực tế của mối nối để ngăn ngừa lỗi phổ biến nhất, đó là đặt hàng một bộ giảm tốc có kích thước quá lớn đối với mô-men xoắn nhưng có kích thước nhỏ hơn để đảm bảo độ chính xác.

1. Xác định độ lặp lại cần thiết ở bộ phận tác động cuối, ví dụ cộng/trừ 0,05 mm.
2. Chuyển đổi nó thành độ phân giải góc tại khớp bằng cách sử dụng chiều dài đoạn cánh tay.
3. Tính toán mô-men xoắn liên tục từ tải RMS của động cơ và mô-men xoắn cực đại từ cấu hình tăng tốc.
4. Chỉ định tốc độ đầu vào tối đa vì tốc độ định mức của bộ truyền động điều hòa thấp hơn tốc độ định mức của hành tinh.
5. Kiểm tra độ cứng xoắn so với băng thông của bộ điều khiển.
6. So sánh tổng chi phí sở hữu, bao gồm cả phụ tùng thay thế và tuổi thọ dự kiến.

Kinh nghiệm của BEITTO với cả Đường dẫn sóng hài và Hành tinh

BEITTO sản xuất bánh răng hành tinh, linh hoạt và bộ giảm tốc đa đầu ra, do đó, khớp robot có thể được chỉ định từ các dòng sản phẩm có sẵn thay vì khóa vào một công nghệ duy nhất.

Chiết Giang Beitto Transmission Technology Co., Ltd. (BEITTO) chế tạo các bộ giảm tốc hành tinh có độ chính xác cao trong 18 dòng, các bộ giảm tốc linh hoạt trong các dòng BSHF, BCSF và BCSG, và một dòng TD cho truyền dẫn một đầu vào, nhiều đầu ra. Công ty vận hành một nhà máy rộng 12.000 mét vuông với hơn 90 nhân viên và hơn 20 năm kinh nghiệm trong ngành hộp số. Sàn sản xuất của BEITTO tuân theo các phương pháp sản xuất chính xác của Nhật Bản và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt, điều quan trọng khi khớp nối phải giữ mô-men xoắn định mức trong thời gian sử dụng lâu dài.

Để có được tính linh hoạt và khả năng chịu tải của khớp robot, dòng TDCR cung cấp cấu hình đa đầu ra nhỏ gọn. các Dòng TDCR được thiết kế để cải thiện tính linh hoạt của khớp robot và khả năng tải trong khi vẫn duy trì phản ứng ngược thấp.

Bộ giảm tốc góc xiên xoắn ốc trục rỗng dòng TD-CR Với đầu ra trục rỗng và độ phản ứng ngược thấp, bộ giảm tốc bánh răng côn này giúp tăng cường tính linh hoạt của khớp robot và khả năng chịu tải. Thiết kế không cần bảo trì và khả năng lắp đặt linh hoạt giúp đơn giản hóa việc tích hợp, mang đến sự bổ sung cho bộ truyền động hài hòa cho các hệ thống nhiều trục. Xem sản phẩm →

Câu hỏi thường gặp: Truyền động điều hòa và Hộp số hành tinh cho các khớp robot

Bộ giảm tốc nào có độ phản ứng thấp hơn cho khớp robot?

Bộ truyền động điều hòa có phản ứng ngược thấp hơn, thường là 1 arcmin hoặc cao hơn. Hộp số hành tinh chính xác đạt từ 1 đến 3 phút cung, nhưng đơn vị hành tinh tiêu chuẩn thường rơi vào khoảng từ 3 đến 15 phút cung.

Hộp số hành tinh có thể thay thế bộ truyền động điều hòa trong cổ tay robot không?

Có thể, nhưng khớp nối sẽ có phản ứng ngược cao hơn và mật độ mô-men xoắn thấp hơn đối với cùng một kích thước khung. Hộp số hành tinh cũng sẽ chạy nhanh hơn và xử lý tải va đập tốt hơn, đây có thể là một lợi thế ở cổ tay có trục kẹp.

Rủi ro lớn nhất khi lựa chọn bộ giảm tốc cho khớp robot là gì?

Rủi ro lớn nhất là việc lựa chọn chỉ dựa trên mô-men xoắn định mức. Nhiều kỹ sư quên kiểm tra độ cứng xoắn, tốc độ đầu vào và khả năng lặp lại thực tế của khớp. Bộ giảm tốc quá mềm có thể gây ra dao động và bộ giảm tốc quá chậm so với tốc độ tối đa của động cơ sẽ rút ngắn tuổi thọ của nó.

Làm cách nào để tính toán kích thước hộp số cho khớp robot?

Bắt đầu với mô-men xoắn liên tục tại khớp, nhân với hệ số cực đại từ 2 đến 3 để tăng tốc, sau đó xác nhận tốc độ đầu vào cần thiết. Nếu khớp cần giữ chính xác, hãy xác minh độ phản ứng ngược và độ cứng đối với vòng điều khiển vị trí.