Optimalizace robotického kloubového přenosu Kritická role nulových{0}}hypoidních převodů

Návrh spolehlivého kloubového převodu robota vyžaduje zvážení tří aspektů současně:

maximalizuje hustotu točivého momentu, zmenšuje fyzickou stopu pro kompaktnost a zaručuje bezchybnou opakovatelnost.

Malé mechanické vůle (např. v základním spoji) mohou způsobit chyby polohování v koncovém efektoru. Jako profesionální výrobce přesných mechanických komponent vám můžeme zodpovědně říci, že mechanická vůle je hlavním faktorem ovlivňujícím přesnost spoje. Zavede zpoždění řízení a kumulativní chyby během pohybu vysokou rychlostí, což přímo způsobí posun trajektorie a nízkofrekvenční chvění robota. To je také hlavní důvod pro nulovou vůli v přenosovém kloubu robota.

Proč vůle ničí přesnost robotického aktuátoru

Ve strojírenství je vůle mezera nebo "vůle" mezi protilehlými zuby ozubeného kola. Zatímco u tradičních převodovek je pro mazání a tepelnou roztažnost nutná malá vůle, v robotickém kloubu je i sebemenší vůle nepřijatelná.

Když víceosý robot obrátí směr, zpětná vůle způsobí „ztracený pohyb“. To nezpůsobí jen malou chybu v umístění; vytváří složenou kumulativní chybu napříč kinematickým řetězcem.

Kromě toho vůle ničí stabilitu řídicího systému. Při ladění PID regulátorů mechanický slop způsobuje hysterezi a zpoždění regulace, což vede k mikro-oscilacím (mezním cyklům) na koncovém-efektoru. Pokud chcete pravdupřesnost robotického pohonu-ať už jde o laserové svařování, lékařskou chirurgii nebo dynamickou lokomoci čtyřnožců,{1}}o odstranění tohoto ztraceného pohybu nelze-vyjednávat.

JakHypoidní ozubená kolaDosáhněte skutečné nuly{0}}odpor

Možná vás napadne otázka: "Nepoužívají se hypoidní převody široce v automobilových diferenciálech, které mají zjevně vůli?" To je správné pozorování, ale v oblasti robotiky jsou hypoidní převody implementovány velmi odlišně od převodovek v automobilových převodovkách.

Hypoidní vs. Harmonic Drive vs. RV Reduktory

Víme, že neexistuje žádné „kouzelné zařízení“, které vyřeší vše. Musíte si vybrat svůj jed na základě aplikace. Podívejme se do skutečného-světahypoidní vs harmonický pohona debata o redukci RV.

Harmonické pohony(Převodovka s napěťovou vlnou)

Jsou oblíbenou volbou v oboru pro lehké,-inline spoje s vysokým poměrem. Přirozeně dosahují nulové vůle.

Má to ale jednu nevýhodu: nízká torzní tuhost. Protože se spoléhají na tenkou, nepřetržitě se deformující kovovou misku (flexspline), trpí při velkém zatížení „navětráním“ (elastickou deformací). Za zmínku stojí, že mají špatnou schopnost odolávat rázovému zatížení. To znamená, že náhlá kolize může okamžitě poškodit nebo roztříštit flexibilní drážku.

Reduktory RV (cykloidní)

Mají extrémně vysokou tuhost a odolnost proti nárazu. Nevýhodou je, že je objemný, těžký a konstrukčně složitý, takže je zcela nevhodný pro kompaktní a flexibilní klouby (jako jsou kolena robotických psů nebo zápěstí kolaborativních robotů).

Hypoidní diferenciátor

Hypoidní převodyNa rozdíl od harmonických pohonů využívají hypoidy pevné, pouzdro{0}}kalené ocelové zuby, které nabízejí výrazně vyšší torzní tuhost a schopnost absorbovat silné rázové zatížení (což je zásadní pro roboty s nohama narážejícími na zem).

Hypoidní ozubená kola navíc ze své podstaty poskytují pravoúhlý-úhlový převod. To umožňuje inženýrům zastrčit servomotor paralelně s ramenem robota, čímž se výrazně sníží rotační setrvačnost kloubu a ušetří se cenný prostorový objem.

Harmonické pohony (převody s napěťovou vlnou)

Reduktory RV (cykloidní)

Hypoidní diferenciátor

Kde se hypoid hodí do robotické architektury

Jak ukazuje tabulka,hypoidní ozubená kola s nulovou vůlínejsou univerzální náhradou-jsou optimálním řešením pro „střední cestu“, kde samotná tuhost nebo čistá kompaktnost nemohou uspokojit všechny požadavky.

Cobotův kloub

Hlavním cílem Cobotu je spolupracovat s lidmi, což znamená, že spoje musí být lehké, kompaktní a zároveň musí zachovat přesnost opakovatelnosti v rozmezí ± 0,02 mm. Tradiční řešení, jako jsou harmonické redukce, jsou dostatečně lehké a tenké, ale jejich tuhost je nedostatečná, což může snadno způsobit odchylku polohy za podmínek proměnného zatížení; Přesnost a tuhost reduktoru RV splňují požadavky, ale jeho velikost a hmotnost překračuje konstrukční omezení pro tyto aplikace.

Vedení kabelů představuje další kritické omezení: celé rameno cobota vyžaduje vnitřní kabelové kanály, aby se zabránilo zamotání. Průměr průchozího-vývrtu harmonických měničů je omezený a reduktory RV nejsou -vhodné pro konfiguraci skutečného dutého-vývrtu.

Řešení pro hypoidní převody

• Lehká a vysoká tuhost:Stejná hmotnost zajišťuje vyšší torzní tuhost a výrazně se snižuje průhyb koncového-efektoru při zatížení ve vysunuté poloze.
• Přírodní dutý kanál:Konstrukce s odsazením osy mu dává přirozený průchozí středový otvor pro snadné zapojení.
• Výhoda efektivity:Vysoká účinnost přenosu (92–97 %) přináší nižší tvorbu tepla, nižší spotřebu energie a delší nepřetržitou provozní dobu.

Humanoidní robotické klouby nohou/zápěstí

Vezměme si jako příklad klouby nohou: v okamžiku skoku a přistání robota může nárazové zatížení kloubů dosáhnout 3-5násobku jmenovitého zatížení; Kyčelní a hlezenní klouby potřebují dosáhnout více stupňů volnosti pohybu v omezeném prostoru a zároveň ponechat kanály pro hydraulické potrubí nebo kabely.

Harmonickýpohony: Pružné kolo má špatnou odolnost proti nárazu a náhodný pád může vést k selhání kloubu.

Reduktor RV:Přestože je odolný proti nárazu, jeho koaxiální struktura nutí motor být axiálně zapojen do série, což vede ke spojům, které jsou příliš dlouhé a objemné na to, aby kopírovaly kompaktní profil lidské anatomie.

Řešení pro hypoidní převody

• Silná odolnost proti nárazu:Pevný kontakt zubů kov-na{1}}kov poskytuje hypoidním ozubeným kolům vlastní odolnost vůči rázovému a nárazovému zatížení.
• Hodnota offsetu osy:Motor může být uspořádán ve směru stehen a výstupní hřídel pohání lýtko. Osa ohybu kloubu již není blokována motorem, což umožňuje skutečně biomimetický, štíhlý profil nohy.

Koncový efektor průmyslového robotického ramene

Koncový efektor (osa J4-J6) průmyslových robotických ramen je zónou nejvíce náchylnou ke ztrátě přesnosti. Prostor je zde extrémně omezený, ale musí snést dynamické zatížení vysokorychlostně se houpajícími-předměty. Ještě závažnější je, že když roboti provádějí procesy, jako je zajišťování šroubů, přesná montáž a nanášení lepidla, musí koncový efektor provádět časté jemné obousměrné mikropohyby.

I když je vůle harmonického reduktoru malá, pružná hystereze pružného kola může způsobit „otřesy“ a ovlivnit stabilitu procesu při vysokofrekvenčním obousměrném provozu.

Řešení pro hypoidní převody

• Okamžitá odezva, nulová vůle:Hypoidní ozubené kolo v předepnutém stavu může vytvořit tuhý kontakt v okamžiku zpětného chodu.
• Vysoká tepelná stabilita:Valivý kontakt hypoidních ozubených kol generuje méně tepla, tepelná rovnovážná teplota je nízká a posun přesnosti je menší po dlouhodobém-provozu.
• Kontrolovatelná životnost:Opotřebení hypoidních převodů je postupné a monitorované a společnosti mohou plánovat prediktivní údržbu na základě provozních hodin, spíše než čekat na náhlé poruchy.

Cobot Joint

Humanoidní robotické klouby nohou/zápěstí

Koncový efektor průmyslového robotického ramene

 

Stupeň přesnosti

Průmysl obvykle odkazuje na normy ISO 17485 nebo GB/T 11365 s úrovněmi přesnosti v rozmezí od 3 do 12 v sestupném pořadí.

• Kolaborativní robotické klouby: vyžadují 5-6 úrovní přesnosti
• Humanoidní robotické nohy: vyžadují přesnost 6-7 úrovní, ale zvláště kladou důraz na stabilitu kontaktní plochy povrchu zubu
• Konec průmyslového robotického ramene: vyžaduje 5 úrovní přesnosti a má přísné požadavky na drsnost povrchu zubů

Nejsvětější Trojice: Tepelné zpracování, povrchová úprava a tolerance

Pro dosažení nulové vůle musí být ozubená kola stlačena k sobě s vysokým axiálním předpětím. Pokud je povrch zubu drsný, toto předpětí bude generovat extrémní tření, což vede k rychlé tepelné expanzi, zadření a konečnému selhání.

Výbava nejvyšší{0}}úrovně musí projít přesným kalením (nauhličováním), aby bylo dosaženo pevného, ​​nárazy-absorbujícího jádra s ultra-tvrdým vnějším povrchem. Tepelné zpracování však způsobuje deformaci kovu. K nápravě tohoto zkreslení a dosažení mikroskopické povrchové úpravy požadované pro hladký valivý kontakt musí být ozubené kolo podrobeno přísnému následnému -tepelnému- zpracování CNC broušením a párovým lapováním.

Při prověřování dodavatele požádejte o zobrazení specifikací drsnosti povrchu (Ra) a zeptejte se, jak řídí tepelné zkreslení. Chcete, aby byly úrovně přesnosti přísně udržovány na stupni 5 až 7 (podle norem GB/DIN/ISO).

Precision Gear Skiving

Moderní robotické klouby jsou vysoce integrované a často vyžadují hypoidní ozubená kola se složitými vnitřními profily, slepými otvory nebo těsnými rameny, kam se tradiční odvalovací frézy jednoduše nedostanou.

Přesná převodová lyževIng(často nazývané power skiving) může tyto problémy vyřešit Skiving je vysoce pokročilý kinematický proces, který kombinuje nepřetržité odvalování při odvalování s vratným zdvihem tvarování. Umožňuje výrobcům řezat vnitřní ozubená kola a složité integrované hřídele s neuvěřitelnou rychlostí a mikron{1}}přesností na úrovni až po fyzické rameno.

Hodnocení vlastního výrobce hypoidních převodovek

Kvalifikovaný zakázkový výrobce hypoidních zařízení tedy obvykle splňuje požadavky na to, aby byl zkušený, vlastnil pokročilé vybavení a měl přísný systém řízení kvality.

Náš tým ve společnosti Hansheng je praktickým měřítkem: za posledních 10+ let specializovaného inženýrství ozubených kol jsme zjistili, že pokud jde o vybavení, nemůžete dělat kompromisy. To je přesně důvod, proč spoléháme na stroje světové-třídy, jako jsou JaponciLyžovací stroje Kashifuji KPS30.

Při výběru svého partnera zajistěte, aby měl tuto specifickou trojici: desítky let specializovaných zkušeností, elitní -úrovňové CNC/skivingové vybavení a nekompromisní metrologii.

 

 

 

 

Abychom vás uchránili před nekonečným posouváním, destiloval jsem skutečné -světové obchodní-výhody do rychlé-referenční matice.

Hypoidní ozubená kola s nulovou vůlí, vysokou tuhostí a flexibilním uspořádáním - se stávají účinnou volbou pro kloubový převod v příští generaci robotů. Nemá nahradit harmonické nebo RV, ale poskytnout nové řešení, když nemohou vyřešit „střední zónu“.

Společnost Hansheng Automation má více než deset let zkušeností s vysokou-přesnostívýroba ozubených kol, s plně ovladatelným procesním řetězcem: od návrhu, tepelného zpracování, broušení ozubených kol až po odpovídající broušení, základní vybavení používá značky první úrovně, jako je Kashifuji a WEDM, a přesnost šarže je stabilní na úrovních ISO/DIN/GB 5-7. Můžeme poskytnout přizpůsobenou nulovou vůlipřenosová řešenípro kolaborativní roboty, humanoidní roboty a průmyslová robotická ramena.

Kontaktujte nás

Jaký je rozdíl mezi hypoidním převodem s nulovou vůlí- a standardním hypoidním převodem pro automobily?

Oba mají stejný geometrický tvar, ale jejich aplikace jsou zcela odlišné. Hypoidní ozubená kola automobilů jsou speciálně navržena s vůlí, aby se přizpůsobila mazání a tepelné roztažnosti ve velkých-aplikacích. Specializované hypoidní převody pro roboty jsou přesně broušené, sestavené do párů a vystavené řiditelné síle axiálního předpětí pro udržení kontaktu mezi dvěma povrchy zubů, čímž se zcela eliminují ztráty pohybu.



Zvýší předpětí opotřebení a zkrátí životnost?

Pouze v případě, že je nesprávně{0}}aplikováno. Když je předpětí přesně kalibrováno během spárované montáže, boky zubů se elasticky deformují a udržují stabilní valivý kontakt, spíše než aby se navzájem obrušovaly. V kombinaci s post-kalením CNC broušením na Ra 0,4 μm nebo méně je opotřebení postupné a předvídatelné -, což umožňuje spíše plánovanou údržbu než reaktivní výměnu po náhlém selhání.



Mohou hypoidní převody s nulovou vůlí nahradit harmonické pohony ve všech kloubech kobotů?

Ne univerzálně. Harmonické měniče zůstávají lepší volbou pro ultra-kompaktní koaxiální zápěstní klouby, kde je primárním omezením velikost obalu. Hypoidní ozubená kola poskytují největší výhodu ve středních-kloubech paží - v polohách loktů a ramen -, kde je současně vyžadována vyšší torzní tuhost, odolnost proti nárazům a-průchozí vrtání kabelů.



Jaký stupeň přesnosti bych měl zadat pro robotický kloub?

Obecná směrnice podle ISO 17485 / GB/T 11365: střední-klouby cobotů obvykle vyžadují stupeň 5–6; humanoidní klouby nohou a kotníků Grade 6–7 s důrazem na stabilitu kontaktního vzoru; osy koncových-efektorů pro průmyslové rameno (J4–J6) Stupeň 5 nebo lepší s přísnými požadavky na drsnost povrchu.



Jak vyhodnotím, zda výrobce dokáže splnit požadavky na kvalitu robotů-?

Tři věci, které je třeba ověřit: zaprvé, že provozují specializované hypoidní brusky (Gleason, Klingelnberg nebo ekvivalentní) s post-přesným broušením po kalení -, nikoli s běžnými CNC centry. Za druhé, že poskytují dokumentovaná data o drsnosti povrchu Ra a zprávy o kontaktním vzoru pro odpovídající sadu. Za třetí, že dodávají a vyměňují ozubená kola jako spárované páry.

Ve strojírenství „zcela nulová vůle“ a „nízké tření“ často vyžadují vzájemný kompromis.

„Hypoidního převodu s nulovou vůlí“ popsaného v tomto článku je dosaženo díky ultra-vysoce přesnému broušení a přesnému předpětí systému. Je třeba zdůraznit, že nadměrné předpětí může mít za následek mírnou ztrátu účinnosti převodu a nárůst teploty během vysokorychlostního-provozu.

Záměrem tohoto článku je upozornit na konkrétní případy použití, kdy hypoidní geometrie poskytuje technické výhody -, nikoli naznačovat, že by hypoidní ozubená kola měla nahradit stávající řešení. Harmonické pohony a reduktory RV jsou vyspělé, široce používané a zůstávají první volbou pro velkou většinu aplikací robotických kloubů. Inženýři se vyzývají, aby vyhodnotili všechny možnosti na základě jejich specifických požadavků na zatížení, prostor a přesnost.