Unitate armonică vs cutie de viteze planetară: care câștigă pentru articulațiile brațului robotic SCARA?

Un braț robot compact SCARA care efectuează 24/7 pick-and-place la un timp de ciclu de 0,4 s, cu o sarcină utilă de 2 kg și 3.000 de ore de funcționare continuă, face ca decizia reductorului la articulație să fie critică pentru afaceri. La axa umărului, unde masa brațului și sarcina utilă combinate creează cel mai înalt moment, antrenare armonică vs cutie de viteze planetară alegerea determină repetabilitatea, intervalele de întreținere și costul total pe axă.

Ce cere o articulație SCARA de la un reductor

O îmbinare SCARA are un pachet de funcționare îngust, dar un buget de toleranță strâns. Înainte de a compara modelele armonice și planetare, definiți cele trei cerințe nenegociabile: repetabilitatea poziționării, rigiditatea momentului și cuplul momentan de vârf.

• Joc: 0,1 până la 0,3 arcmin pentru axele cotului și încheieturii mâinii, 0,5 până la 1 arcmin pentru umăr.
• Rigiditate: rigiditatea la torsiune trebuie să reziste modurilor de vibrație amplificate la lungimea brațului.
• Raportul de inerție: inerția rotorului reductorului și inerția brațului reflectat afectează reglarea servo.
• Ciclu de funcționare: majoritatea îmbinărilor SCARA efectuează 1 până la 2 milioane de cicluri pe an fără ferestre de întreținere.

Unitate armonică vs cutie de viteze planetară: Unde câștigă armonica

Pentru axele cotului și încheieturii mâinii, o unitate armonică oferă cel mai mic joc posibil într-o unitate cu o singură etapă. Canelul exterior flexibil, sau flexspline, se deformează pentru a menține contactul cu canelul circular, oferind un joc aproape de zero fără un sistem de preîncărcare.

Reductor flexibil din seria BSHF pentru îmbinări cu joc redus Proiectat cu un arbore tubular mare și un corp compact, acest reductor oferă cuplu și rigiditate ridicate, reducând în același timp greutatea, făcându-l ideal pentru brațe ușoare ale robotului și articulații de precizie. Vizualizare produs →

Unitățile armonice sunt, de asemenea, cea mai ușoară modalitate de a obține o reducere ridicată într-un plic mic. O singură treaptă oferă 50:1 până la 160:1, ceea ce elimină o curea secundară sau treapta de viteză. Pentru o sarcină utilă de 2 kg SCARA, axa cotului vede sarcini de șoc neglijabile, astfel încât limita de oboseală a flexspline-ului nu este un factor limitator la sarcina nominală.

Acolo unde o unitate armonică se luptă este axa umărului într-un SCARA de 10 kg sau mai mare. Ansamblul flexspline și rulment dintr-o singură bucată are o toleranță la șoc mai mică decât un angrenaj planetar întărit. Picurile de sarcină de la detectarea coliziunilor sau sculele de la capătul brațului de mare viteză pot depăși capacitatea de cuplu a flexspline și pot provoca o fixare permanentă.

Unde cutiile de viteze planetare bate unitățile armonice

Cutiile de viteze planetare câștigă axa umărului roboților SCARA mai mari, deoarece suportă sarcini mari de cuplu și șoc cu un aranjament de viteze cu sarcină divizată. Mai multe angrenaje planetare împart sarcina, astfel încât cuplul maxim este distribuit în multe puncte de contact ale dinților.

Reductor planetar cutie de viteze AHB cu joc redus și cuplu ridicat Dispunând de roți dințate elicoidale întărite și șlefuite, acest reductor oferă o funcționare lină, silențioasă și o rigiditate ridicată, făcându-l potrivit pentru axele de umăr care se ocupă de sarcini grele și inversări frecvente. Vizualizare produs →

Reductoarele planetare de precizie din clasa AHB oferă în mod obișnuit 1 până la 3 arcmin de joc în versiunile standard de precizie și 0,5 până la 1 arcmin cu un rulment de ieșire preîncărcat. Prin întărire și șlefuire, flancurile dinților angrenajului rezistă la stropirea suprafeței chiar și în cazul inversărilor frecvente de pornire-oprire. Reductoare planetare de precizie pentru articulațiile robotului vezi în mod obișnuit astfel de condiții.

Soluția de preîncărcare cu polarizare minimă sau de spălare a rulmenților din unitățile planetare moderne poate aduce o curgere sub 0,1 mm. Cu toate acestea, degajările interne ale flancurilor înseamnă că jocul măsurat la ieșire nu este aproape niciodată sub 0,5 arcmin fără o frână sofisticată sau o etapă dublă.

Comparație directă: performanța transmisiei armonice și a cutiei de viteze planetare

Tabelul de mai jos rezumă cele mai relevante valori pentru selecția comună SCARA.

O diferență structurală importantă: antrenările armonice se bazează pe deflexia flexspline pentru a genera contactul angrenajului, iar sarcina este suportată de spline circulară și flexspline simultan. Cutiile de viteze planetare folosesc trei sau patru planete identice pentru a distribui sarcina, astfel încât o suprasarcină momentană este mai îngăduitoare.

Eficiență, încălzire și interacțiune servo în funcție continuă

Unitățile armonice oferă o eficiență de 60 până la 75 la sută la un raport de 50:1, în timp ce cutiile de viteze planetare ating de obicei 90 până la 95 la sută la același raport de ieșire. Diferența apare ca generare de căldură în operațiunile SCARA în regim continuu. Servomotorul trebuie să furnizeze un curent suplimentar pentru a depăși cuplul mai mare fără sarcină al unui reductor de armonici în repaus, care afectează câștigul controlerului și poate provoca o deriva termică într-un braț compact.

ZHEJIANG BEITTO TRANSMISSION TECHNOLOGY CO., LTD., care construiește sub marca BEITTO, a fost martor la acest mod de defecțiune în mod repetat pe teren: un cot condus de armonici care își pierde precizia poziției după o zi de două schimburi, deoarece temperatura înfășurării servo crește cu 15 grade Celsius peste valoarea nominală. Reductoarele planetare, cu pierderile lor mai simple ale elementelor de rulare, rămân mai reci sub același ciclu de funcționare.

Cadrul decizional pentru constructorii de roboți SCARA

Selectați tipul de reductor prin implementarea unui proces de evaluare în cinci pași.

1. Definiți bugetul de repetabilitate comun din fișa de specificații a produsului SCARA.
2. Calculați cuplul maxim și continuu din selecția motorului și modelul dinamic al brațului.
3. Măsurați cerințele de rigiditate marginală față de lungimea brațului.
4. Potriviți raportul de reducere la turația nominală a servomotorului și fereastra de cuplu.
5. Comparați capacitatea de încărcare a șocurilor pentru sculele specifice de la capătul brațului și strategia de evitare a coliziunilor.

O regulă comună din domeniu: dacă cuplul axei umerilor depășește 40 Nm și robotul nu rulează o aplicație strictă de cameră curată, opțiunea planetară este cea mai sigură alegere de proiectare. Pentru o clasă de sarcină utilă de 5 kg SCARA, antrenările armonice pe cot și încheietura mâinii oferă un braț mai ușor, mai simplu, cu mai puține trepte de transmisie.

Seria TD-CR Comutator cu roți conice spiralate cu ieșire cu arbore tubular Acest reductor are un design cu arbore tubular pentru rutare flexibilă și oferă o transmisie lină și eficientă a puterii, cu joc redus și cuplu ridicat, susținând configurații cu mai multe axe în sisteme compacte. Vizualizare produs →

Mulți integratori din China și Europa construiesc arhitecturi hibride SCARA: un reductor planetar pe umăr, două unități armonice pe cot și încheietură. Această abordare menține greutatea brațului scăzută, păstrând în același timp spațiul de torsiune la nivelul umărului. Reductorul cu o singură intrare și ieșire multiple din seria TDCR poate servi și module cu mai multe axe, reducând numărul de componente într-un braț robot compact.

Întrebări frecvente: Unitate armonică vs cutie de viteze planetară pentru SCARA