Arhitektura zglobnog pogona robota — gdje se koriste spiralni zupčanici
Industrijski roboti koriste dvije vrste zupčanika u svojim zglobnim reduktorima: pogone s deformacijskim valom (harmonijski) za kompaktne ramene i lakatne zglobove s visokim omjerom, te kompaktne spiralne planetarne zupčanike za zglobove ručnog zgloba i rotacijsku osu SCARA robota gdje zahtjevi za gustoćom obrtnog momenta i povratnim pogonom favoriziraju spiralne zupčanike u odnosu na dizajne s deformacijskim valom. Kolaborativni roboti (koboti) imaju tendenciju isključivo koristiti spiralne planetarne zupčanike - veća povratna pogonska sposobnost (niže trenje) spiralnih zupčanika s metalnim zubima u usporedbi s pogonima s deformacijskim valom važna je za sigurnosnu usklađenost s detekcijom sile. AGV (Automated Guided Vehicle) pogoni kotača koriste jednostruke ili dvostruke zupčanike. spiralni zupčanik reduktori između motora glavčine i kotača.
Zahtjevi za zazor kod robotskih i servo spiralnih zupčanika
Kod robotskih zglobova i servo pogonjenih pozicionih osama, povratni udar se direktno pojavljuje kao greška pozicioniranja. Odnos:
Ugaona greška na izlazu = zazor j_t / (d_pinion × tan(1/i))
Linearna greška na alatu = ugaona greška × dužina kraka alata
Za precizni robotski ručni zglob sa zupčanikom promjera koraka od 50 mm, zazorom od 1 mm (j_t = 1 mm na kružnici koraka) i prijenosnim omjerom i = 20:1, kutna greška izlaznog vratila iznosi približno 0,5° - što odgovara pozicijskoj grešci od 4 mm pri dohvatu alata od 500 mm. Ovo odmah čini zahtjev za zazorom za robotske zglobove jasnim: zazor od manje od lučne minute na izlazu zgloba potreban je za ponovljivost na milimetarskom nivou na krajnjem efektoru.
| Primjena | Potreban izlazni zazor | Ekvivalent j_t na ulazu (÷ prijenosni omjer) | DIN 3967 klasa |
|---|---|---|---|
| Osa CNC alatne mašine (visoka preciznost) | < 5 lučnih sekundi ≈ 0,0014° | 0,002–0,010 mm | Klasa H |
| Industrijski robotski spoj (standardni) | < 1–3 lučne minute ≈ 0,02–0,05° | 0,01–0,03 mm | Klasa g–h |
| Zglob kolaborativnog robota (kobota) | < 5–15 lučnih minuta | 0,02–0,05 mm | Klasa g |
| AGV pogon na kotače | < 0,1–0,5 mm linearno | 0,03–0,10 mm | Klasa f–g |
| Servo osa za pakovanje / etiketiranje | < 0,05–0,2 mm linearno | 0,02–0,06 mm | Klasa g |
Rješenja bez zazora za servo spiralne zupčanike
Metoda 1 — Tolerancija uske debljine zuba (DIN 3967 klasa h)
Navedite spiralni zupčanik i spojni zupčanik prema DIN 3967 klasi h (zategnut). Kod M2–M4, klasa h daje nominalni zazor od 0–0,06 mm. U kombinaciji s precizno proizvedenim razmakom između centara kućišta koji se održava na ±0,01 mm, zazor pri montaži je obično 0,005–0,020 mm — dovoljno za ose pozicioniranja klase g. Ovo je najjeftinije rješenje bez dodatne mehaničke složenosti. Nedostatak: kako se zupčanici troše, zazor se povećava i ne može se ponovo podesiti bez zamjene.
Metoda 2 — Opružni podijeljeni zupčanik (makazasti zupčanik)
Makazasti zupčanik se sastoji od dva identična spiralni zupčanik Točkovi postavljeni koaksijalno s torzionom oprugom između njih, prethodno uvijenim kako bi se dvije polovine istovremeno pritisnule na suprotne strane zupčanika - jedna polovina dodiruje desnu, a druga lijevu stranu. Prednapon opruge eliminiše zazor održavanjem konstantnog kontakta zuba sa obje strane zupčanika. Kako dolazi do habanja, opruga automatski kompenzuje, održavajući gotovo nulti zazor tokom cijelog vijeka trajanja zupčanika. Nedostatak: moment prednapona (obično 5–15% nazivnog momenta) povećava gubitke trenja pogona i smanjuje maksimalnu efikasnost pogona.
Metod 3 — Predopterećenje dvostrukog motora protiv povratnog udara
Dva identična servo motora, od kojih svaki pokreće zupčanik koji se spaja s istim spiralni zupčanik Točak (ili letva), rade s kontroliranim prednaponom obrtnog momenta - jedan motor gura u smjeru kazaljke na satu, dok se drugi opire suprotno od kazaljke na satu, istovremeno držeći bokove oba zupčanika u kontaktu s točkom. Ovo eliminira povratni udar bez ikakvog mehaničkog opterećenja opruge i bez rotacijske inercije mehanizma s podijeljenim zupčanikom. Servo upravljanje primjenjuje diferencijalni obrtni moment niskog nivoa koji se poništava na izlazu (oba motora doprinose obrtnom momentu u željenom smjeru, ali njihov prednaponski obrtni moment se poništava). Ovo je preferirano rješenje za brze precizne CNC ose iznad 30 m/min i za portalne mašine koje zahtijevaju tačnu sinhronizaciju između dvije ose.
Reflektovana inercija — Zašto prenosni odnos utiče na odziv servo motora
Kada servo motor pokreće opterećenje kroz spiralni zupčanik Kod reduktora omjera i, motor ne vidi samo inerciju opterećenja J_load već i reflektiranu inerciju J_reflected = J_load / i². Kod reduktora omjera 10:1, inercija opterećenja doprinosi efektivnoj inerciji motora samo sa 1% - sam zupčanik i rotor motora dominiraju. Ovo je problem usklađivanja inercije servo sistema:
J_ukupno (na motoru) = J_motora + J_zupčanika + J_opterećenje / i²
Za maksimalni propusni opseg servo motora, odnos J_total i J_motor treba minimizirati. Visoki prijenosni omjeri smanjuju J_reflected/J_motor, ali sami zupčanici imaju inerciju. Optimalni prijenosni omjer za maksimalni propusni opseg postiže se kada je J_reflected (od opterećenja) ≈ J_motor — što daje i_opt = √(J_opterećenje / J_motor). Za robotski zglob sa J_opterećenjem = 0,05 kg·m² i J_motor = 0,0005 kg·m²: i_opt = √(0,05/0,0005) = √100 = 10:1. Minimiziranje spiralni zupčanik Inercija tijela (korištenjem šupljih tijela zupčanika za primjene robotskih zglobova) je stoga jednako važna kao i minimiziranje povratnog udara za optimizaciju servo petlje.
Mogućnost povratnog pogona kod kolaborativnih robota — Zašto su spiralni zupčanici poželjniji
Kolaborativni robot (kobot) mora se sigurno pokoriti kada ga čovjek pritisne — zglob mora imati mogućnost povratnog pokreta (opterećenje može pokretati motor unazad) tako da senzor sile i obrtnog momenta zgloba može detektovati kontakt, a sigurnosni sistem može ograničiti primijenjenu silu. Trenje u reduktoru zgloba određuje da li je moguće postići povratni pogon:
A spiralni zupčanik Planetarni stepen u omjeru 5:1 do 20:1 ima efikasnost mreže od 97–99%, što odgovara uglu trenja od približno 1–3°. Ovo je ispod ugla trenja samoblokade - zglob se pokreće unazad pod silom od 1,05–1,10× sile pogona naprijed. Usklađeno sigurnosno ponašanje je moguće postići integrisanim senzorom sile i obrtnog momenta.
Reduktori deformacionog talasa (harmonijski pogon) u omjeru od 50:1 do 160:1 obično nemaju povratni pogon — visok omjer redukcije i trenje generatora talasa sprječavaju da izlaz pokreće ulaz. Dizajni kobota koji koriste pogone deformacionog talasa zahtijevaju aktivnu kontrolu usklađenosti (kontrola impedancije sa senzorima obrtnog momenta) umjesto pasivne mehaničke usklađenosti.
Korea Ever-Power — Isporuka preciznih servo i robotskih spiralnih zupčanika
Precizno HÖFLER brušeno spiralni zupčanik za primjenu u robotskim zglobovima i servo automatizaciji — DIN klasa 4–5, Ra ≤ 0,3 µm, debljina zuba prema DIN 3967 klasa g–h za minimalni zazor, s certifikatom analizatora zupčanika za klasu tačnosti i odstupanje debljine zuba
Korea Ever-Power proizvodi preciznost spiralno rezani zupčanici Za servo i robotske primjene u M0.5–M8, DIN klasa 4–6, debljina zuba klase g–h (uski zazor), u 20CrMnTi cementiranom HRC 58–62 za maksimalnu nosivost u kompaktnoj veličini. Za dizajn makazastog zupčanika (opružno razdvojen), Korea Ever-Power proizvodi usklađene parove s potvrđenom debljinom zuba unutar ±1 µm nominalne vrijednosti — osiguravajući jednako predopterećenje na obje polovice zupčanika. Kao direktan... proizvođač spiralnih zupčanika, Korea Ever-Power pruža proračun reflektirane inercije (J_gear = 0,5 × m × r²) za svaki redoslijed preciznog zupčanika - dajući dizajneru servo sistema informacije potrebne za usklađivanje inercije prije nego što se projektuje mjenjač. Pregledajte Asortiman proizvoda sa spiralnim zupčanicima.
Često postavljana pitanja
Ponovljivost je sposobnost robota da se vrati na prethodno posjećenu poziciju iz istog smjera pristupa - na nju ne utiče povratni udar ako je smjer pristupa uvijek isti. Tačnost je sposobnost dostizanja apsolutne Kartezijeve koordinate bez prethodne kalibracije - na nju direktno utiče povratni udar jer apsolutna pozicija zavisi od toga da li je zglob stigao iz smjera kazaljke na satu ili suprotno od smjera kazaljke na satu. Većina industrijskih robota specificira ponovljivost (±0,01–0,05 mm), ali ne i apsolutnu tačnost, zbog čega koriste kompenzaciju povratnog udara u svojim kontrolnim sistemima umjesto da specificiraju nulti povratni udar. spiralni zupčaniciKoboti koji se koriste za zadatke montaže kontrolirane silom, gdje je apsolutna tačnost bitna, zahtijevaju zupčanike s uskim zazorom i potpunu kinematičku kalibraciju.
Ne tipično - osim povratnog udara, robotski zglobovi zahtijevaju nisku reflektiranu inerciju (standardni mjenjači imaju relativno teška tijela zupčanika), kompaktnu aksijalnu dužinu (standardni mjenjači imaju fiksne dimenzije kućišta koje možda ne odgovaraju opsegu zgloba) i torzijsku krutost (standardni mjenjači mogu imati navijanje pri brzom ubrzanju što ograničava propusni opseg servo motora). Precizni planetarni zglobovi spiralni zupčanik Postolje dizajnirano posebno za servo primjene - sa šupljim izlaznim vratilom za provođenje kablova, laganim aluminijskim kućištem i preciznom izlaznom prirubnicom - je odgovarajući proizvod. Korea Ever-Power proizvodi komponente planetarnog zupčanika (sunčani i planetarni zupčanik) za ove kompaktne servo postolja; kućište i sklop su obično dizajn proizvođača robota.
AGV pogoni kotača za robote za unutarnju logistiku obično koriste M2–M4 spiralni zupčanici u jednostepenim ili dvostepenim mjenjačima, smanjujući brzinu motora (3000–6000 o/min) na brzinu točka (100–400 o/min). Kompaktna geometrija glavčine točka ograničava prečnik zupčanika na 30–80 mm spoljni prečnik, što kod M2–M4 daje broj zuba od 15–40 zuba — dovoljno za potrebne prenosne omjere. Materijal: 20CrMnTi cementiran za produženi vijek trajanja u 24-satnom dnevnom radu tipičnom za logističke AGV-ove. Klasa tačnosti: DIN klasa 6–7 (zatvoreno kućište IP67 i umjerene brzine AGV-a ne zahtijevaju preciznost DIN 5).
Za spoj servo motora i robota spiralni zupčanici, ugao spirale β = 20–25° je standardan - isti raspon kao i kod preciznih industrijskih zupčanika. Veći ugao spirale smanjuje grešku prijenosa (niža buka), ali povećava aksijalni potisak na osovini servo motora, koji nije uvijek podržan ležajem osovine motora za aksijalna opterećenja. Za servo primjene, kutni kontaktni ležaj unaprijed ugrađen u izlaznu osovinu servo motora apsorbira umjeren aksijalni potisak; preko β = 25°, aksijalno opterećenje može premašiti aksijalnu nazivnu snagu ležaja osovine motora, što zahtijeva vanjski aksijalni ležaj na ulaznoj osovini mjenjača. Korea Ever-Power potvrđuje očekivani aksijalni potisak (F_a = F_t × tan β) u odnosu na aksijalni kapacitet ležaja osovine motora za svaku narudžbu servo zupčanika.
Upit za precizne servo i robotske spiralne zupčanike
Navedite svoje zahtjeve za zazor, prijenosni omjer, izlazni obrtni moment i sva ograničenja inercije. Korea Ever-Power potvrđuje modul, broj zubaca, DIN klasu i klasu debljine zubaca - uz proračun reflektirane inercije i certifikat zazora koji su standardno uključeni u svaku narudžbu servo zupčanika.
M0,5–M8 · DIN klasa 4–6 · Zazor klase g–h · Proračun inercije · Parovi makazastih zupčanika · MOQ 1 komad
Urednik: Cxm
