Архитектура на съвместното задвижване на робот — къде се използват спираловидни зъбни колела
Индустриалните роботи използват два типа зъбни колела в своите редуктори на шарнири: задвижвания с деформационна вълна (хармонични) за компактни раменни и лакътни шарнири с високо предавателно число и компактни спирални планетарни зъбни колела за киткови шарнири и ротационната ос на SCARA роботи, където изискванията за плътност на въртящия момент и обратно задвижване предпочитат спиралните зъбни колела пред конструкциите с деформационна вълна. Сътрудническите роботи (коботи) са склонни да използват изключително спирални планетарни зъбни колела - по-високата обратно задвижваща способност (по-ниско триене) на спиралните зъбни колела с метални зъби в сравнение със задвижванията с деформационна вълна е важна за съответствието с изискванията за безопасност, свързани със силата. Задвижванията на колела AGV (автоматизирано направлявани превозни средства) използват едностепенни или двустепенни зъбни колела. спирална предавка редуктори между двигателя на главината и колелото.
Изисквания за хлабина при роботизирани и серво спираловидни зъбни колела
В роботизираните съединения и серво задвижваните позициониращи оси, хлабината се проявява директно като грешка в позиционирането. Връзката:
Ъглова грешка на изхода = хлабина j_t / (d_pinion × tan(1/i))
Линейна грешка при инструмента = ъглова_грешка × дължина_на_рамото_на_инструмента
За прецизна роботна киткова става с пиньон с диаметър на стъпката 50 mm, хлабина 1 mm (j_t = 1 mm на делителната окръжност) и предавателно число i = 20:1, ъгловата грешка на изходния вал е приблизително 0,5° — което съответства на позиционна грешка от 4 mm при обхват на инструмента 500 mm. Това прави изискването за хлабина за роботните стави веднага ясно: хлабина от под-дъгова минута на изхода на ставата е необходима за повторяемост на ниво mm в крайния ефектор.
| Приложение | Необходим изходен хлабинен обратен ход | Еквивалентно j_t на входа (÷ предавателно число) | Клас DIN 3967 |
|---|---|---|---|
| Ос на CNC машинен инструмент (висока прецизност) | < 5 дъгови секунди ≈ 0,0014° | 0,002–0,010 мм | Клас h |
| Съединителна индустриална роботна връзка (стандартна) | < 1–3 дъгови минути ≈ 0,02–0,05° | 0,01–0,03 мм | Клас g–h |
| Съчленение на колаборативен робот (кобот) | < 5–15 дъгови минути | 0,02–0,05 мм | Клас g |
| AGV задвижване на колелата | < 0,1–0,5 мм линейно | 0,03–0,10 мм | Клас f–g |
| Серво ос за опаковане / етикетиране | < 0,05–0,2 мм линейно | 0,02–0,06 мм | Клас g |
Решения с нулев луфт за серво спираловидни зъбни колела
Метод 1 — Толеранс на дебелината на зъба (DIN 3967 клас h)
Посочете спирална предавка и съединително зъбно колело по DIN 3967 клас h (стегнато). При M2–M4, клас h дава номинален хлабина от 0–0,06 мм. В комбинация с прецизно произведено разстояние между центровете на корпуса, поддържано до ±0,01 мм, хлабината при монтажа обикновено е 0,005–0,020 мм — достатъчно за оси за позициониране от клас g. Това е най-евтиното решение без допълнителна механична сложност. Недостатък: с износването на зъбните колела, хлабината се увеличава и не може да се регулира отново без подмяна.
Метод 2 — Пружинно натоварена разделителна предавка (ножична предавка)
Ножичната предавка се състои от две еднакви спирална предавка колела, монтирани коаксиално с торсионна пружина между тях, предварително усукана, за да притисне двете половини едновременно към противоположните страни на съединяващото се зъбно колело - едната половина контактува с дясната страна, другата - с лявата. Предварителното натягане на пружината елиминира луфта, като поддържа постоянен контакт на зъбите от двете страни на зъбното колело. При износване пружината автоматично компенсира, поддържайки почти нулев луфт през целия живот на зъбното колело. Недостатък: въртящият момент на предварително натягане (обикновено 5–15% от номиналния въртящ момент) добавя към загубите от триене в задвижването и намалява максималната ефективност на задвижването.
Метод 3 — Предварително натоварване с двоен двигател против обратен ход
Два еднакви серво мотора, всеки от които задвижва зъбно колело, зацепващо се със същия спирална предавка колело (или рейка), се управляват с контролирано отклонение на въртящия момент — единият двигател се движи по посока на часовниковата стрелка, докато другият се съпротивлява обратно на часовниковата стрелка, като едновременно поддържа страните на двата пиньона в контакт с колелото. Това елиминира луфта без никакво механично пружинно натоварване и без ротационната инерция на механизъм с разделена предавка. Серво управлението прилага ниско ниво на диференциален въртящ момент, който се анулира на изхода (и двата двигателя допринасят за въртящия момент в желаната посока, но техният отклоняващ се въртящ момент се анулира). Това е предпочитаното решение за високоскоростни прецизни CNC оси над 30 м/мин и за портални машини, изискващи точна синхронизация между две оси.
Отразена инерция — Защо предавателното число влияе на реакцията на сервомотора
Когато серво мотор задвижва товар през спирална предавка При редуктор с предавателно число i, двигателят усеща не само инерцията на товара J_load, но и отразената инерция J_reflected = J_load / i². За редуктор 10:1, инерцията на товара допринася само с 1% към ефективната инерция на двигателя — доминират самата предавка и роторът на двигателя. Това е проблемът със съгласуването на инерцията на серво системата:
J_общо (на двигателя) = J_двигател + J_зъбно ...натоварване / i²
За максимална честотна лента на сервомотора, съотношението J_total към J_motor трябва да се сведе до минимум. Високите предавателни числа намаляват J_reflected/J_motor, но самите зъбни колела имат инерция. Оптимално предавателно число за максимална честотна лента се получава, когато J_reflected (от товар) ≈ J_motor — което дава i_opt = √(J_load / J_motor). За роботно съединение с J_load = 0.05 kg·m² и J_motor = 0.0005 kg·m²: i_opt = √(0.05/0.0005) = √100 = 10:1. Минимизиране спирална предавка Следователно инерцията на тялото (чрез използване на кухи зъбни колела за приложения на роботизирани съединения) е също толкова важна, колкото и минимизирането на хлабината за оптимизация на серво контура.
Задвижване назад в колаборативни роботи — защо спиралните зъбни колела са предпочитани
Колаборативният робот (кобот) трябва да се подчинява безопасно, когато човек го натиска — ставата трябва да може да се движи назад (товарът може да задвижи двигателя назад), така че сензорът за сила и въртящ момент на ставата да може да засече контакт и системата за безопасност да ограничи приложената сила. Триенето в редуктора на ставата определя дали е постижимо обратно движение:
А спирална предавка Планетарната степен при съотношение 5:1 до 20:1 има ефективност на зацепването от 97–991 TP3T, което съответства на ъгъл на триене от приблизително 1–3°. Това е под ъгъла на самоблокиращо се триене — съединението се движи назад под сила от 1,05–1,10× силата на предното задвижване. Съответстващо поведение на безопасност е постижимо с интегрирано измерване на силата и въртящия момент.
Редукторите на деформационни вълни (хармонично задвижване) в съотношение от 50:1 до 160:1 обикновено не са с обратно задвижване — високото съотношение на редукция и триенето на генератора на вълни пречат на изхода да задейства входа. Коботните конструкции, използващи задвижвания на деформационни вълни, изискват активен контрол на съответствието (контрол на импеданса със сензори за въртящ момент), а не пасивно механично съответствие.
Korea Ever-Power — Доставка на прецизни сервомотори и роботизирани спираловидни зъбни колела
Прецизно шлифовани HÖFLER спирална предавка за приложение в роботизирани съединения и серво автоматизация — DIN клас 4–5, Ra ≤ 0,3 µm, дебелина на зъба по DIN 3967 клас g–h за минимален хлабинен ход, със сертификат от анализатор на зъбни колела както за клас на точност, така и за отклонение в дебелината на зъба
Korea Ever-Power произвежда прецизност спираловидни зъбни колела за серво и роботизирани приложения в M0.5–M8, DIN клас 4–6, клас на дебелина на зъба g–h (стегнат хлабинен ход), в 20CrMnTi цементирана HRC 58–62 за максимална товароносимост в компактен размер. За конструкции с ножично зъбно колело (пружинно разделено), Korea Ever-Power произвежда съчетани двойки с потвърдена дебелина на зъба в рамките на ±1 µm от номиналната стойност — осигурявайки еднакво предварително натоварване и на двете половини на зъбното колело. Като директен... производител на спирални зъбни колела, Korea Ever-Power предоставя изчислението на отразената инерция (J_gear = 0.5 × m × r²) за всяка поръчка на прецизна предавка — предоставяйки на проектанта на серво системите информацията, необходима за съгласуване на инерцията, преди да бъде проектирана скоростната кутия. Разгледайте продуктова гама от спирални зъбни колела.
Често задавани въпроси
Повторяемостта е способността на робота да се връща към предишна посетена позиция от същата посока на подход — тя не се влияе от хлабината, ако посоката на подход е винаги една и съща. Точността е способността да се достигне абсолютна декартова координата без предварително калибриране — тя се влияе пряко от хлабината, защото абсолютната позиция зависи от това дали съединението е пристигнало по посока на часовниковата стрелка или обратно на часовниковата стрелка. Повечето промишлени роботи определят повторяемост (±0,01–0,05 мм), но не абсолютна точност, поради което използват компенсация на хлабината в своите системи за управление, вместо да определят нулева хлабина. спираловидни зъбни колелаКоботите, използвани за задачи по сглобяване с контролирана сила, където абсолютната точност е от значение, изискват стегнати зъбни колела с обратен ход и пълно кинематично калибриране.
Не е типично - освен хлабината, роботните съединения изискват ниска отразена инерция (стандартните скоростни кутии имат относително тежки корпуси на зъбните колела), компактна аксиална дължина (стандартните скоростни кутии имат фиксирани размери на корпуса, които може да не отговарят на обвивката на съединението) и торсионна твърдост (стандартните скоростни кутии могат да имат навиване при бързо ускорение, което ограничава честотната лента на сервомотора). Прецизна планетарна система спирална предавка Специално проектирана за серво приложения платформа — с кух изходен вал за прокарване на кабели, лек алуминиев корпус и прецизен изходен фланец — е подходящият продукт. Korea Ever-Power произвежда компонентите на планетарните зъбни колела (слънчеви и планетарни зъбни колела) за тези компактни серво платформи; корпусът и монтажът обикновено са по проект на производителя на роботи.
Задвижванията на колелата на AGV за роботи за вътрешна логистика обикновено използват M2–M4 спираловидни зъбни колела в едностепенни или двустепенни скоростни кутии, намалявайки скоростта на двигателя (3000–6000 об/мин) до скоростта на колелото (100–400 об/мин). Компактната геометрия на главината на колелото ограничава диаметъра на зъбното колело до 30–80 мм външен диаметър, което при M2–M4 дава брой зъби от 15–40 зъба — адекватно за необходимите предавателни числа. Материал: 20CrMnTi, цементиран за удължен експлоатационен живот при 24-часова ежедневна работа, типична за логистичните AGV. Клас на точност: DIN клас 6–7 (запечатаната среда на корпуса IP67 и умерените скорости на AGV не изискват прецизност по DIN 5).
За съединяване на серво и робот спираловидни зъбни колела, ъгълът на спиралата β = 20–25° е стандартен - същият диапазон като при прецизните индустриални зъбни колела. По-високият ъгъл на спиралата намалява грешката в предаването (по-нисък шум), но увеличава аксиалния натиск върху вала на серво мотора, който не винаги се поддържа от лагера на вала на мотора при аксиални натоварвания. За серво приложения, ъглово-контактният лагер, предварително вграден в изходния вал на серво мотора, абсорбира умерен аксиален натиск; над β = 25° аксиалното натоварване може да надвиши аксиалния капацитет на лагера на вала на мотора, което изисква външен аксиален лагер на входния вал на скоростната кутия. Korea Ever-Power потвърждава очаквания аксиален натиск (F_a = F_t × tan β) спрямо аксиалния капацитет на лагера на вала на мотора за всяка поръчка на серво зъбно колело.
Запитване за прецизни серво и роботизирани спирални зъбни колела
Посочете вашите изисквания за луфт, предавателно число, изходен въртящ момент и всички ограничения за инерция. Korea Ever-Power потвърждава модула, броя на зъбите, DIN класа и класа на дебелината на зъбите — с изчисление на отразената инерция и сертификат за луфт, включени стандартно във всяка поръчка на серво предавка.
M0.5–M8 · DIN клас 4–6 · Хлабина клас g–h · Изчисляване на инерцията · Ножични зъбни двойки · Минимално количество за поръчка 1 брой
Редактор: Cxm
