Оптимізація роботизованої шарнірної трансмісії Вирішальна роль гіпоїдних шестерень із нульовим-люфтом

Розробка надійної роботизованої шарнірної трансмісії вимагає одночасного розгляду трьох аспектів:

максимізація щільності крутного моменту, зменшення фізичної площі для компактності та гарантування бездоганної повторюваності.

Невеликі механічні люфти (наприклад, у базовому з’єднанні) можуть спричинити помилки позиціонування кінцевого ефектора. Як професійний виробник прецизійних механічних компонентів, ми можемо з усією відповідальністю сказати вам, що механічний люфт є основним фактором, що впливає на точність з’єднань. Це призведе до затримок керування та сукупних помилок під час високо-швидкісного руху, безпосередньо спричиняючи дрейф траєкторії та-низькочастотне тремтіння робота. Це також головна причина для досягнення нульового люфту в трансмісії шарніра робота.

Чому люфт руйнує точність приводу робота

У машинобудуванні люфт — це зазор або «люфт» між сполученими зубцями шестерень. У той час як у традиційних коробках передач невеликий люфт необхідний для змащування та теплового розширення, у роботизованому з’єднанні навіть найменший люфт є неприйнятним.

Коли багато{0}}робот змінює напрямок, люфт створює «втрату руху». Це не лише викликає незначну помилку позиціонування; це створює сукупну кумулятивну похибку в кінематичному ланцюзі.

Крім того, люфт руйнує стабільність системи керування. Під час налаштування ПІД-регуляторів механічний спад спричиняє гістерезис і затримку керування, що призводить до мікро-коливань (граничних циклів) у кінцевому-ефекторі. Якщо хочеш правдиточність приводу робота-Незалежно від того, чи це стосується лазерного зварювання, медичної хірургії чи динамічного чотириногого пересування-усунення цього втраченого руху-не підлягає обговоренню.

якГіпоїдні шестерніДосягніть справжнього нульового-люфту

Можливо, у вас може виникнути питання: «Чи не широко використовуються гіпоїдні шестерні в автомобільних диференціалах, які явно мають люфт?» Це справедливе зауваження, але в області робототехніки гіпоїдні передачі реалізовані зовсім інакше, ніж в автомобільних трансмісіях.

Гіпоїдний проти гармонічного приводу проти редукторів RV

Ми знаємо, що не існує «чарівного механізму», який би вирішив усе. Ви повинні вибрати свою отруту на основі програми. Давайте подивимося на реальний-світгіпоїдний проти гармонічного приводута дебати щодо редуктора RV.

Гармонічні приводи(Деформаційно-хвильові шестерні)

Вони є популярним у промисловості вибором для легких конструкцій вбудованих з’єднань із високим-співвідношенням. Вони природно досягають нульового люфту.

Але є один недолік: низька жорсткість на кручення. Оскільки вони спираються на тонку металеву чашку, що постійно деформується (flexspline), вони страждають від «згортання-» (пружної деформації) під великим навантаженням. Варто відзначити, що вони погано витримують ударні навантаження. Це означає, що раптове зіткнення може миттєво пошкодити або розбити гнучкий сплайн.

Редуктори RV (циклоїдні)

Вони мають надзвичайно високу жорсткість і ударостійкість. Недоліком є ​​те, що він громіздкий, важкий і структурно складний, що робить його абсолютно непридатним для компактних і гнучких суглобів (таких як коліна собак-роботів або зап’ястя роботів, що працюють разом).

Гіпоїдний диференціатор

Гіпоїдні передачіНа відміну від гармонійних приводів, у гіпоїдах використовуються тверді, загартовані-сталеві зуби, що забезпечує значно вищу жорсткість на кручення та здатність поглинати сильні ударні навантаження (важливе для роботів, які вдаряються об землю).

Крім того, гіпоїдні шестерні за своєю суттю забезпечують-пряму кутову передачу. Це дозволяє інженерам розташувати серводвигун паралельно ланці руки робота, різко зменшуючи інерцію обертання шарніра та зберігаючи дорогоцінний просторовий об’єм.

Гармонічні приводи (деформаційно-хвильові передачі)

Редуктори RV (циклоїдні)

Гіпоїдний диференціатор

Де гіпоїд вписується в архітектуру робота

Як показано в таблиці,гіпоїдні шестерні з нульовим-люфтомне є універсальною заміною-вони є оптимальним рішенням для «золотої середини», де суто жорсткість або чиста компактність не можуть задовольнити всі вимоги.

Суглоб кобота

Основна мета дизайну Cobot полягає в тому, щоб працювати разом з людьми, що означає, що з’єднання мають бути легкими, компактними, зберігаючи при цьому точність повторюваності в межах ± 0,02 мм. Традиційні рішення, такі як гармонічні редуктори, легкі та досить тонкі, але їх жорсткість недостатня, що може легко спричинити позиційне відхилення в умовах змінного навантаження; Точність і жорсткість редуктора RV відповідають вимогам, але його розмір і вага перевищують конструктивні обмеження для цих застосувань.

Прокладка кабелю є ще одним критичним обмеженням: уся рука кобота потребує внутрішніх кабельних каналів для запобігання сплутуванню. Наскрізний-діаметр отвору гармонічних приводів обмежений, і редуктори RV погано-підходять для конфігурації справжнього порожнистого-отвору.

Рішення для гіпоїдних передач

• Легкість і висока жорсткість:Така сама вага забезпечує вищу жорсткість на кручення, а прогин-ефектора під навантаженням у висунутому положенні значно зменшується.
• Природний порожнистий канал:Конструкція зі зміщенням осі забезпечує природний наскрізний центральний отвір для легкого підключення проводів.
• Перевага ефективності:Висока ефективність передачі (92–97%) забезпечує менше виділення тепла, зменшене споживання електроенергії та довший час безперервної роботи.

Суглоби ноги/зап'ястя робота-гуманоїда

Візьмемо як приклад суглоби ніг: у момент стрибка і приземлення робота ударне навантаження на суглоби може досягати 3-5 номінальних навантажень; Тазостегновий і гомілковостопний суглоби повинні досягти багатоступеневої свободи руху в обмеженому просторі, залишаючи при цьому канали для гідравлічних трубопроводів або кабелів.

Гармонійнийдиски: Гнучке колесо має низьку ударостійкість, і випадкове падіння може призвести до поломки з'єднання.

Редуктор RV:Незважаючи на те, що він стійкий до ударів, його коаксіальна структура змушує двигун бути аксіально з’єднаним послідовно, в результаті чого з’єднання надто довгі та громіздкі, щоб відтворити компактний профіль людської анатомії.

Рішення для гіпоїдних передач

• Сильна ударостійкість:Жорсткий контакт між-металевими-зубами надає гіпоїдним шестерням стійкість до ударних і ударних навантажень.
• Значення зсуву осі:Мотор може бути розташований уздовж стегна, а вихідний вал приводить в рух литку. Вісь згинання суглоба більше не заважає двигуну, що забезпечує справді біоміметичний тонкий профіль ніг.

Кінцевий ефектор промислової роботизованої руки

Кінцевий ефектор (вісь J4-J6) промислових роботів є зоною, найбільш чутливою до втрати точності. Простір тут надзвичайно обмежений, але він має витримати динамічне навантаження високошвидкісних об’єктів, що коливаються. Що ще серйозніше, коли роботи виконують такі процеси, як фіксація гвинтів, точне складання та нанесення клею, кінцевий ефектор повинен виконувати часті тонкі двонаправлені мікрорухи.

Хоча люфт гармонічного редуктора невеликий, пружний гістерезис гнучкого колеса може спричинити «тремтіння» та вплинути на стабільність процесу під високо-частотною двонаправленою роботою.

Рішення для гіпоїдних передач

• Миттєва реакція, нульовий люфт:Гіпоїдна передача в навантаженому стані може встановлювати жорсткий контакт у момент реверсу.
• Висока термічна стабільність:Контакт кочення гіпоїдних передач генерує менше тепла, температура теплової рівноваги низька, а дрейф точності менший після-тривалої роботи.
• Контрольована тривалість життя:Знос гіпоїдних передач відбувається поступово та контролюється, і компанії можуть планувати прогнозне технічне обслуговування на основі робочих годин, а не чекати раптових збоїв.

Cobot Joint

Суглоби ноги/зап'ястя робота-гуманоїда

Кінцевий ефектор промислової роботизованої руки

 

Ступінь точності

Індустрія зазвичай посилається на стандарти ISO 17485 або GB/T 11365 з рівнями точності від 3 до 12 у порядку спадання.

• З’єднання роботів для спільної роботи: вимагають 5-6 рівнів точності
• Ноги гуманоїдного робота: вимагають 6-7 рівня точності, але особливо підкреслюють стабільність контактної зони поверхні зуба
• Промисловий роботизований кінець руки: вимагає 5 рівнів точності та суворих вимог до шорсткості поверхні зуба

Свята Трійця: термічна обробка, обробка поверхні та допуск

Щоб досягти нульового люфту, шестерні повинні бути притиснуті разом із високим осьовим попереднім натягом. Якщо поверхня зуба шорстка, це попереднє навантаження призведе до надзвичайного тертя, що призведе до швидкого теплового розширення, заїдання та остаточного виходу з ладу.

Шестерня вищого-рівня має пройти точне зміцнення корпусу (науглерожування), щоб отримати міцний,-поглинаючий серцевину з над-твердим зовнішнім виглядом. Однак термічна обробка призводить до деформації металу. Щоб виправити це викривлення та досягти мікроскопічної обробки поверхні, необхідної для плавного контакту кочення, шестерня має бути піддана ретельній пост{5}}термічній-обробці шліфуванню з ЧПУ та парній притирці.

Перевіряючи постачальника, вимагайте ознайомитися з характеристиками шорсткості поверхні (Ra) і запитайте, як вони контролюють термічне спотворення. Ви бажаєте, щоб рівень точності суворо підтримувався на рівнях від 5 до 7 (відповідно до стандартів GB/DIN/ISO).

Precision Gear Skiving

Сучасні роботизовані з’єднання мають високу інтеграцію, часто потребують гіпоїдних шестерень зі складними внутрішніми профілями, глухими отворами або щільними буртиками, куди традиційне зубофрезерування просто не може дістатися.

Прецизійні лижіvінж(часто називається силовим шлифуванням) може вирішити ці проблеми. Шкірування — це високопрогресивний кінематичний процес, який поєднує безперервну рухову дію фрезерування із зворотно-поступальним ходом формування. Це дозволяє виробникам нарізати внутрішні шестерні та складні інтегровані вали з неймовірною швидкістю та точністю до мікрон-рівня прямо біля фізичного плеча.

Оцінка спеціального виробника гіпоїдних передач

Таким чином, кваліфікований індивідуальний виробник гіпоїдних передач зазвичай відповідає вимогам досвідченості, володіння сучасним обладнанням і суворої системи управління якістю.

Взявши нашу команду в Hansheng як практичний еталон: за останні 10+ років відданого проектування зубчастого обладнання ми зрозуміли, що не можна йти на компроміс щодо обладнання. Саме тому ми покладаємося на-техніку світового класу, як японськаШкіряні машини Kashifuji KPS30.

Вибираючи свого партнера, переконайтеся, що він володіє цією специфічною тріадою: десятиліттями спеціалізованого досвіду, елітним -обладнанням з ЧПУ/шліфувальним обладнанням і безкомпромісною метрологією.

 

 

 

 

Щоб позбавити вас від нескінченного прокручування, я зібрав реальні-світові-компроміси у швидку-довідкову матрицю.

Нульовий люфт, висока жорсткість і гнучке розташування - гіпоїдні шестерні стають потужним вибором для шарнірної трансмісії в наступному поколінні роботів. Він не призначений для заміни гармонік або RV, а для забезпечення нового рішення, коли вони не можуть вирішити «середню зону».

Hansheng Automation має більш ніж десятирічний досвід у сфері високої-точностізубчасте виготовлення, з повністю контрольованим технологічним ланцюгом: від проектування, термічної обробки, шліфування зубчастих коліс до відповідного шліфування, основне обладнання використовує бренди першого рівня, такі як Kashifuji та WEDM, а точність партії стабільна на рівнях ISO/DIN/GB 5-7. Ми можемо забезпечити індивідуальний нульовий люфтрішення передачідля колаборативних роботів, роботів-гуманоїдів і промислових роботів.

Зв'яжіться з нами

Яка різниця між гіпоїдною передачею без{0}}зазору та стандартною автомобільною гіпоїдною передачею?

Обидва мають однакову геометричну форму, але їх застосування абсолютно різне. Гіпоїдні шестерні автомобілів спеціально розроблені з люфтом, щоб адаптуватися до змащування та теплового розширення у великих -масштабних застосуваннях. Спеціалізовані гіпоїдні шестерні для роботів є прецизійно відшліфованими, зібраними попарно та підданими контрольованому осьовому попередньому натягу для підтримки контакту між двома поверхнями зубів, таким чином повністю усуваючи втрати руху.



Чи збільшить попереднє натяг знос і скоротить термін служби?

Лише якщо його неправильно-накладено. Коли попереднє натяг точно відкалібровано під час узгодженої збірки, бокові частини зубів пружно деформуються та зберігають стабільний контакт кочення, а не стираються один об одного. У поєднанні з -шліфуванням з ЧПУ після зміцнення до Ra менше ніж або дорівнює 0,4 мкм, зношування є поступовим і передбачуваним -, що дає змогу проводити планове технічне обслуговування, а не реактивну заміну після раптової відмови.



Чи можуть гіпоїдні шестерні з нульовим-люфтом замінити гармонічні приводи в усіх шарнірах кобота?

Не повсюдно. Гармонійні приводи залишаються кращим вибором для над-компактних коаксіальних зап’ясткових суглобів, де основним обмеженням є розмір конверта. Гіпоїдні шестерні забезпечують найбільшу перевагу в середніх-з’єднаннях рук - ліктьових і плечових положеннях -, де одночасно потрібні більша жорсткість на кручення, ударостійкість і-прокладання кабелю через отвір.



Який ступінь точності я повинен вказати для роботизованого з’єднання?

Як загальна вказівка ​​згідно з ISO 17485 / GB/T 11365: суглоби середньої -руки кобота зазвичай вимагають класу 5–6; людиноподібні ноги та гомілковостопні суглоби 6–7 клас з акцентом на стабільність контактного патерну; промислові кінцеві -ефекторні осі (J4–J6) класу 5 або вище із суворими вимогами до шорсткості поверхні.



Як оцінити, чи може виробник відповідати вимогам щодо-роботехніки?

Три речі, які потрібно перевірити: по-перше, що вони працюють на спеціалізованих гіпоїдних шліфувальних верстатах (Gleason, Klingelnberg або еквівалент) із пост{0}}точнім шліфуванням -, а не на стандартних центрах з ЧПК. По-друге, вони надають задокументовані дані про шорсткість поверхні Ra та звіти про шаблон контакту для кожного відповідного набору. По-третє, вони постачають і замінюють шестерні як узгоджені пари.

У машинобудуванні «повний нульовий люфт» і «низьке тертя» часто вимагають взаємного компромісу.

«Гіпоїдна шестерня без люфту», описана в цій статті, досягається завдяки над-високоточному шліфуванню та точному попередньому натягу системи. Слід зазначити, що надмірний попередній натяг може призвести до незначної втрати ефективності трансмісії та підвищення температури під час роботи на високій-швидкості.

Мета цієї статті полягає в тому, щоб висвітлити конкретні випадки використання, коли гіпоїдна геометрія забезпечує інженерні переваги -, а не припускати, що гіпоїдні зубчасті колеса повинні замінити існуючі рішення. Гармонічні приводи та редуктори RV є зрілими, широко поширеними та залишаються першим вибором для переважної більшості роботизованих з’єднань. Інженерам рекомендується оцінювати всі варіанти на основі їх конкретних вимог до навантаження, простору та точності.