Roboti ühendusajami arhitektuur – kus kasutatakse spiraalülekandeid
Tööstusrobotid kasutavad oma liigendreduktorites kahte tüüpi käike: kompaktsete, suure ülekandearvuga õla- ja küünarliigeste jaoks mõeldud pingelaine (harmoonilisi) ajameid ning randmeliigeste ja SCARA-robotite pöörlemistelje jaoks kompaktseid spiraalseid planetaarülekande astmeid, kus pöördemomendi tihedus ja tagasipööratavuse nõuded eelistavad spiraalset hammasülekannet pingelaine-ajamitele. Koostöörobotid (kobotid) kipuvad kasutama ainult spiraalseid planetaarülekandeid – metallhammastega spiraalsete hammasülekannete suurem tagasipööratavus (madalam hõõrdumine) võrreldes pingelaine-ajamitega on oluline jõu tuvastamise ohutusnõuete täitmiseks. AGV (automaatselt juhitavate sõidukite) rattaajamid kasutavad ühe- või kaheastmelisi... spiraalne käik reduktorid rummu mootori ja ratta vahel.
Roboti ja servo spiraalülekannete tagasilöögi nõuded
Roboti liigendites ja servomootoriga positsioneerimistelgedes avaldub lõtk otseselt positsioneerimisveana. Seos:
Väljundi nurkviga = tagasilöök j_t / (d_pinion × tan(1/i))
Lineaarne viga tööriista juures = nurkviga × tööriista käe_pikkus
Täppisroboti randmeliigese puhul, mille hammasratta läbimõõt on 50 mm, lõtk 1 mm (j_t = 1 mm sammringil) ja ülekandearv i = 20:1, on väljundvõlli nurkviga ligikaudu 0,5° – see vastab 4 mm positsiooniveale 500 mm tööriista ulatuse korral. See muudab roboti liigeste lõtkunõude kohe selgeks: millimeetrite täpsuse tagamiseks efektorpeas on liigendi väljundis vaja alla kaareminutilise lõtku.
| Taotlus | Nõutav väljundlõtk | Sisendväärtuse j_t ekvivalent (÷ ülekandearv) | DIN 3967 klass |
|---|---|---|---|
| CNC tööpingi telg (kõrge täpsusega) | < 5 kaaresekundit ≈ 0,0014° | 0,002–0,010 mm | h-klass |
| Tööstusroboti ühendus (standardne) | < 1–3 kaareminutit ≈ 0,02–0,05° | 0,01–0,03 mm | Klass g–h |
| Koostööroboti (kobot) ühendus | < 5–15 kaareminutit | 0,02–0,05 mm | G-klass |
| AGV rattavedu | < 0,1–0,5 mm lineaarne | 0,03–0,10 mm | Klass f–g |
| Servo pakendamise / märgistamise telg | < 0,05–0,2 mm lineaarne | 0,02–0,06 mm | G-klass |
Lõtkuvabad lahendused servo-spiraalülekannetele
Meetod 1 — hamba paksuse tolerants (DIN 3967 klass h)
Täpsustage spiraalne käik ja vastashammasratas vastavalt standardile DIN 3967 klassile h (tihe). M2–M4 korral annab klass h nominaalseks lõtkuks 0–0,06 mm. Koos täpselt valmistatud korpuse keskpunktide vahega, mis hoitakse ±0,01 mm juures, on montaaži lõtk tavaliselt 0,005–0,020 mm – piisav g-klassi positsioneerimistelgede jaoks. See on odavaim lahendus ilma täiendava mehaanilise keerukuseta. Puuduseks on see, et hammasrataste kulumisel lõtk suureneb ja seda ei saa ilma väljavahetamiseta reguleerida.
Meetod 2 — vedruga koormatud poolitusülekanne (käärülekanne)
Käärhammasratas koosneb kahest identsest spiraalne käik Koaksiaalselt paigaldatud rattad, mille vahel on väändvedru, mis on eelnevalt keeratud, et suruda kahte poolt samaaegselt vastu vastashammasratta vastaskülgi – üks pool puutub kokku parema, teine vasaku küljega. Vedru eelkoormus kõrvaldab lõtku, säilitades hammasratta mõlemal küljel pideva hammaskontakti. Kulumise korral kompenseerib vedru seda automaatselt, hoides käigukasti eluea jooksul peaaegu nullilähedast lõtku. Karistus: eelkoormusmoment (tavaliselt 5–15% nimipöördemomendist) suurendab ajami hõõrdekadusid ja vähendab ajami maksimaalset efektiivsust.
Meetod 3 — kahe mootoriga lõtkuvastane eelkoormus
Kaks identset servomootorit, millest igaüks ajab sama hammasrattaga haakunud hammasratast spiraalne käik ratas (või hammaslatt) töötavad kontrollitud pöördemomendi eelpingega – üks mootor surub päripäeva, teine aga vastupäeva, hoides mõlema hammasratta külgi samaaegselt rattaga kontaktis. See välistab lõtku ilma mehaanilise vedrukoormuseta ja jagatud käigumehhanismi pöörlemisinertsiaalita. Servojuhtimine rakendab madalat diferentsiaalmomenti, mis väljundis tühistatakse (mõlemad mootorid annavad pöördemomenti soovitud suunas, kuid nende eelpinge tühistatakse). See on eelistatud lahendus kiirete täppis-CNC-telgede jaoks, mille kiirus on üle 30 m/min, ja portaalmasinate jaoks, mis vajavad kahe telje vahel täpset sünkroniseerimist.
Peegeldunud inerts – miks ülekandearv mõjutab servo reageeringut
Kui servomootor ajab koormust läbi spiraalne käik Suhtega i reduktori puhul näeb mootor lisaks koormuse inertsile J_load ka peegeldunud inertsi J_reflected = J_load / i². 10:1 reduktori puhul annab koormuse inertsi mootori efektiivsele inertsile vaid 1% – domineerivad hammasratas ise ja mootori rootor. See on servosüsteemi inertsi sobitamise probleem:
J_kokku (mootori juures) = J_mootor + J_hammasratas + J_koormus / i²
Maksimaalse servo ribalaiuse saavutamiseks tuleks J_total ja J_motor suhe minimeerida. Suured ülekandearvud vähendavad J_reflected/J_motor suhet, kuid hammasratastel endil on inerts. Maksimaalse ribalaiuse saavutamiseks on optimaalne ülekandearv siis, kui J_reflected (koormusest) ≈ J_motor – andes i_opt = √(J_load / J_motor). Roboti liigendi puhul, mille J_load = 0,05 kg·m² ja J_motor = 0,0005 kg·m²: i_opt = √(0,05/0,0005) = √100 = 10:1. Minimeerimine spiraalne käik Seega on keha inerts (õõnsate hammasrataste kasutamisel robotiühenduste rakendustes) servoahela optimeerimisel sama oluline kui tagasilöögi minimeerimine.
Tagasiliikumine koostöörobotites – miks eelistatakse spiraalülekandeid
Koostöörobot (kobot) peab ohutult reageerima, kui inimene selle vastu surub – liigend peab olema tagasiliikuv (koormus saab mootorit tagasiliikumiseks liigutada), et liigendi jõu-pöördemomendi andur saaks tuvastada kontakti ja ohutussüsteem saaks rakendatavat jõudu piirata. Hõõrdumine liigendi reduktoris määrab, kas tagasiliikumine on saavutatav:
A spiraalne käik Suhtega 5:1 kuni 20:1 planetaarsel astmel on võrgusilma efektiivsus 97–99%, mis vastab hõõrdenurgale ligikaudu 1–3°. See on allapoole iselukustuvat hõõrdenurka – liigend liigub tagasi jõuga, mis on 1,05–1,10× suurem kui edasiliikumise jõud. Nõuetele vastav ohutuskäitumine on saavutatav integreeritud jõu-pöördemomendi anduri abil.
Pingulaine (harmoonilise ajami) reduktorid suhtega 50:1 kuni 160:1 ei ole tavaliselt tagasiajamiga juhitavad – kõrge redutseerimissuhe ja lainegeneraatori hõõrdumine takistavad väljundil sisendit juhtida. Pingulaine ajameid kasutavad kobotite disainid nõuavad aktiivset vastavuskontrolli (takistuse kontroll pöördemomendi anduritega) passiivse mehaanilise vastavuskontrolli asemel.
Korea Ever-Power — täppis-servo- ja robotihelikäigukastide tarnimine
Täppis-HÖFLER-lihvitud spiraalne käik robotliidete ja servoautomaatika rakenduste jaoks — DIN klass 4–5, Ra ≤ 0,3 µm, hamba paksus vastavalt DIN 3967 klassile g–h minimaalse lõtku tagamiseks, hammasratta analüsaatori sertifikaadiga nii täpsusklassi kui ka hamba paksuse hälbe kohta
Korea Ever-Power toodab täppistehnoloogiat spiraalsed lõigatud hammasrattad Servo- ja robotirakenduste jaoks suurustes M0,5–M8, DIN klass 4–6, hamba paksusklass g–h (väike lõtk), karastatud 20CrMnTi terasest HRC 58–62 maksimaalse kandevõime tagamiseks kompaktses suuruses. Käärülekannete (vedrujaotusega) jaoks toodab Korea Ever-Power sobitatud paare, mille kinnitatud hamba paksus on nimiväärtusest ±1 µm piires – tagades võrdse eelkoormuse mõlemal käigupoolel. Otseülekandena spiraalhammasrataste tootjaKorea Ever-Power pakub iga täppiskäigukasti tellimuse jaoks peegeldunud inertsi arvutust (J_gear = 0,5 × m × r²) – andes servosüsteemi projekteerijale enne käigukasti projekteerimist inertsi sobitamiseks vajaliku teabe. Sirvige spiraalkäigukasti tootevalik.
Korduma kippuvad küsimused
Korduvus on roboti võime naasta samast lähenemissuunast eelnevalt külastatud positsioonile – lõtk seda ei mõjuta, kui lähenemissuund on alati sama. Täpsus on võime saavutada absoluutne ristkoordinaat ilma eelneva kalibreerimiseta – lõtk mõjutab seda otseselt, kuna absoluutne asend sõltub sellest, kas liigend saabus päripäeva või vastupäeva. Enamik tööstusroboteid määrab korduvuse (±0,01–0,05 mm), kuid mitte absoluutse täpsuse, mistõttu nad kasutavad oma juhtimissüsteemides lõtkukompensatsiooni, mitte nulllõtku. spiraalsed hammasrattadKoboteid kasutatakse jõuga juhitavate montaažitööde jaoks, kus absoluutne täpsus on oluline, ja need nõuavad tihedat lõtkuga käike ning täielikku kinemaatilist kalibreerimist.
Mitte tüüpiliselt – lisaks tagasilöögile vajavad robotiühendused väikest peegeldunud inertsi (standardsetel käigukastidel on suhteliselt rasked hammasrattad), kompaktset aksiaalset pikkust (standardsetel käigukastidel on fikseeritud korpuse mõõtmed, mis ei pruugi sobida liigendi ümbrisega) ja väändejäikust (standardsetel käigukastidel võib kiire kiirenduse korral tekkida keerdumine, mis piirab servo ribalaiust). Täppis-planetaarsüsteem spiraalne käik Spetsiaalselt servomootorite jaoks loodud lava – õõnesavatud väljundvõlliga kaablite paigaldamiseks, kerge alumiiniumkorpuse ja täpse väljundäärikuga – on sobiv toode. Korea Ever-Power toodab nende kompaktsete servomootorite lavade planetaarülekande komponente (päikese- ja planeediülekandeid); korpus ja komplekt on tavaliselt robotitootja disain.
Siseruumides kasutatavate logistikarobotite AGV rattaajamid kasutavad tavaliselt M2–M4 spiraalsed hammasrattad ühe- või kaheastmelistes käigukastides, vähendades mootori pöörlemiskiirust (3000–6000 p/min) rattakiiruseni (100–400 p/min). Kompaktne rattarummu geomeetria piirab hammasratta läbimõõtu 30–80 mm välisdiameetrini, mis M2–M4 puhul annab hammaste arvuks 15–40 hammast – piisav vajalike ülekandearvude jaoks. Materjal: karastatud 20CrMnTi, mis tagab pikema kasutusea logistika AGV-dele tüüpilises 24-tunnises igapäevases töös. Täpsusklass: DIN-klass 6–7 (IP67 suletud korpuse keskkond ja mõõdukad AGV kiirused ei vaja DIN 5 täpsust).
Servo- ja robotiühenduste jaoks spiraalsed hammasrattad, standardne keerdnurk β = 20–25° – sama vahemik mis täppis-tööstuslikel hammasratastel. Suurem keerdnurk vähendab ülekandeviga (madalam müra), kuid suurendab servomootori võlli aksiaalset tõukejõudu, mida mootori võlli laager aksiaalkoormuste korral alati ei toeta. Servorakenduste puhul neelab servomootori väljundvõlli sisse ehitatud nurkkontaktlaager mõõdukat aksiaalset tõukejõudu; kui β = 25°, võib aksiaalne koormus ületada mootori võlli laagri aksiaalset nimivõimsust, mis nõuab käigukasti sisendvõllil välist tõukelaagrit. Korea Ever-Power kinnitab iga servohammasratta tellimuse puhul eeldatava aksiaalse tõukejõu (F_a = F_t × tan β) mootori võlli laagri aksiaalse kandevõime suhtes.
Täppis-servo ja roboti spiraalkäigukasti päring
Esitage oma lõtkunõue, ülekandearv, väljundmoment ja kõik inertsipiirangud. Korea Ever-Power kinnitab mooduli, hammaste arvu, DIN-klassi ja hamba paksuse klassi – peegelduva inertsi arvutus ja lõtkusertifikaat on iga servoülekande tellimuse standardvarustuses.
M0,5–M8 · DIN klass 4–6 · Klass g–h lõtk · Inertsi arvutus · Käärhammasrataste paarid · MIMM 1 tk
Toimetaja: Cxm
