Optimiziranje robotskega zglobnega menjalnika Ključna vloga hipoidnih zobnikov brez-zračnosti

Oblikovanje zanesljivega robotskega zglobnega prenosa zahteva sočasno upoštevanje treh vidikov:

maksimiranje gostote navora, zmanjšanje fizičnega odtisa za kompaktnost in zagotavljanje brezhibne ponovljivosti.

Majhne mehanske zračnosti (na primer na osnovnem spoju) lahko povzročijo napake pri pozicioniranju končnega efektorja. Kot profesionalni proizvajalec natančnih mehanskih komponent vam lahko odgovorno povemo, da je mehanska zračnost ključni dejavnik, ki vpliva na natančnost spoja. Uvedel bo zakasnitve krmiljenja in kumulativne napake med-hitrostnim gibanjem, kar bo neposredno povzročilo zamik trajektorije in nizko{3}}frekvenčno tresenje robota. To je tudi glavni razlog za prizadevanje za ničelno zračnost pri prenosu zgloba robota.

Zakaj zračnost uniči natančnost robotskega aktuatorja

V strojništvu je zračnost vrzel ali "luft" med parjenimi zobmi zobnikov. Medtem ko je pri tradicionalnih menjalnikih za mazanje in toplotno raztezanje potrebna majhna količina zračnosti, je pri robotskem spoju že najmanjša zračnost nesprejemljiva.

Ko več{0}}osni robot obrne smer, zračnost povzroči "izgubljeno gibanje". To ne povzroči le rahle napake pri določanju položaja; ustvari kumulativno napako v kinematični verigi.

Poleg tega zračnost uniči stabilnost krmilnega sistema. Pri nastavljanju regulatorjev PID mehanski slip povzroči histerezo in krmilni zamik, kar vodi do mikro-oscilacij (mejnih ciklov) na končnem-efektorju. Če želite resnatančnost robotskega aktuatorja-bodisi pri laserskem varjenju, medicinski kirurgiji ali dinamičnem štirinožnem gibanju-o odpravi tega izgubljenega gibanja ni-mogoče pogajati.

kakoHipoidni zobnikiDosezite resnično nič-povratnega učinka

Morda imate vprašanje: "Ali niso hipoidni zobniki pogosto uporabljeni v avtomobilskih diferencialih, ki imajo očitno zračnost?" To je poštena ugotovitev, toda na področju robotike se hipoidni zobniki izvajajo zelo drugače kot tisti v avtomobilskih menjalnikih.

Hipoidni v primerjavi s harmoničnim pogonom v primerjavi z reduktorji RV

Vemo, da ni "čarobne opreme", ki bi rešila vse. Svoj strup morate izbrati glede na aplikacijo. Poglejmo resnični-svethipoidni vs harmonični pogonin razprava o reduktorju avtodomov.

Harmonični pogoni(Strain Wave Gears)

So priljubljena izbira v industriji za lahke, vgrajene spoje z visokim-razmerjem. Naravno dosegajo nič povratnega učinka.

Vendar obstaja ena pomanjkljivost: nizka torzijska togost. Ker se zanašajo na tanko kovinsko skodelico, ki se neprestano deformira (fleksibilni splin), so pod velikimi obremenitvami podvrženi "wind{1}}up" (elastičnim deformacijam). Omeniti velja, da imajo slabo sposobnost prenašanja udarnih obremenitev. To pomeni, da lahko nenaden trk takoj poškoduje ali zlomi prožni zupec.

RV reduktorji (cikloidni)

Imajo izjemno visoko togost in odpornost na udarce. Pomanjkljivost je, da je zajeten, težak in strukturno zapleten, zaradi česar je popolnoma neprimeren za kompaktne in gibljive sklepe (kot so kolena robotskih psov ali zapestja sodelujočih robotov).

Hipoidni diferenciator

Hipoidni zobnikiV nasprotju s harmoničnimi pogoni hipoidi uporabljajo zobe iz trdnega,-kaljenega jekla, ki nudijo znatno višjo torzijsko togost in sposobnost absorbiranja močnih udarnih obremenitev (ključnega pomena za robote z nogami, ki trčijo ob tla).

Poleg tega hipoidni zobniki sami po sebi zagotavljajo-pravokotni prenos. To inženirjem omogoča, da servo motor potisnejo vzporedno s členom robotove roke, kar drastično zmanjša rotacijsko vztrajnost sklepa in prihrani dragoceno prostorsko prostornino.

Harmonični pogoni (zobniki z deformacijskim valom)

RV reduktorji (cikloidni)

Hipoidni diferenciator

Kam se Hypoid prilega v arhitekturo robota

Kot prikazuje tabela,hipoidni zobniki brez{0}}zračnostiniso univerzalni nadomestek-so optimalna rešitev za "srednjo pot", kjer zgolj togost ali čista kompaktnost ne more zadovoljiti vseh zahtev.

Cobot spoj

Glavni cilj oblikovanja Cobota je sodelovanje z ljudmi, kar pomeni, da morajo biti spoji lahki, kompaktni, hkrati pa ohranjati natančnost ponovljivosti znotraj ± 0,02 mm. Tradicionalne rešitve, kot so harmonični reduktorji, so lahki in dovolj tanki, vendar je njihova togost nezadostna, kar lahko zlahka povzroči položajno odstopanje pri spremenljivih pogojih obremenitve; Natančnost in togost reduktorja za avtodome izpolnjujeta zahteve, vendar njegova velikost in teža presegata konstrukcijske omejitve za te aplikacije.

Usmerjanje kablov predstavlja še eno kritično omejitev: celotna roka cobota zahteva notranje kabelske kanale, da se prepreči zapletanje. Premer-premer izvrtine harmoničnih pogonov je omejen, reduktorji RV pa niso-primerni za pravo konfiguracijo-vrtine.

Rešitev za hipoidne zobnike

• Lahka in visoka togost:Enaka teža zagotavlja večjo vzvojno togost, upogib končnega{0}}efektorja pod obremenitvijo v iztegnjenem položaju pa je znatno zmanjšan.
• Naravni votli kanal:Zasnova z zamikom osi mu daje naravno sredinsko luknjo za enostavno ožičenje.
• Prednost učinkovitosti:Visoka učinkovitost prenosa (92–97 %) zagotavlja nižjo proizvodnjo toplote, manjšo porabo energije in daljši neprekinjeni čas delovanja.

Nožni/zapestni sklepi humanoidnega robota

Če vzamemo za primer nožne sklepe: v trenutku skoka in pristanka robota lahko udarna obremenitev, ki jo nosijo sklepi, doseže 3-5-kratno nazivno obremenitev; Kolčni in skočni sklepi morajo doseči večstopenjsko svobodo gibanja v omejenem prostoru, pri tem pa pustiti kanale za hidravlične cevovode ali kable.

Harmoničnopogoni: Fleksibilno kolo ima slabo odpornost na udarce in nenamerni padec lahko povzroči okvaro sklepa.

RV reduktor:Čeprav je odporen na udarce, njegova koaksialna struktura prisili motor, da je aksialno povezan zaporedno, kar ima za posledico sklepe, ki so predolgi in zajetni, da bi posnemali kompakten profil človeške anatomije.

Rešitev za hipoidne zobnike

• Močna odpornost na udarce:Togi stik med-kovinskimi zobmi daje hipoidnim zobnikom inherentno odpornost na udarce in udarne obremenitve.
• Vrednost odmika osi:Motor je lahko razporejen vzdolž stegna, izhodna gred pa poganja tele. Motor ne ovira več upogibne osi sklepa, kar omogoča resnično biomimetičen, tanek profil noge.

Končni efektor industrijske robotske roke

Končni efektor (os J4-J6) industrijskih robotskih rok je območje, ki je najbolj dovzetno za izgubo natančnosti. Prostor je tukaj izjemno omejen, vendar mora prenesti dinamično obremenitev visoko-hitrostnih nihajočih predmetov. Še bolj resno je, da mora končni efektor izvajati pogoste fine dvosmerne mikro-gibe, ko roboti izvajajo postopke, kot so zaklepanje vijakov, natančno sestavljanje in nanos lepila.

Čeprav je zračnost harmoničnega reduktorja majhna, lahko elastična histereza prožnega kolesa povzroči "tresenje" in vpliva na stabilnost procesa pri visoko-frekvenčnem dvosmernem delovanju.

Rešitev za hipoidne zobnike

• Takojšen odziv, nič zračnosti:Hipoidno gonilo v prednapetem stanju lahko vzpostavi tog kontakt v trenutku vzvratne vožnje.
• Visoka toplotna stabilnost:Kotalni kontakt hipoidnih zobnikov ustvarja manj toplote, temperatura toplotnega ravnovesja je nizka, premik natančnosti pa manjši po dolgotrajnem-delovanju.
• Nadzorovana življenjska doba:Obraba hipoidnih zobnikov je postopna in nadzorovana, podjetja pa lahko načrtujejo predvideno vzdrževanje na podlagi delovnih ur, namesto da čakajo na nenadne okvare.

Cobot Joint

Nožni/zapestni sklepi humanoidnega robota

Končni efektor industrijske robotske roke

 

Stopnja točnosti

Industrija se običajno sklicuje na standarde ISO 17485 ali GB/T 11365 s stopnjami natančnosti od 3 do 12 v padajočem vrstnem redu.

• Sodelovalni robotski spoji: zahtevajo 5-6 stopenj natančnosti
• Noge humanoidnega robota: zahtevajo natančnost 6-7 stopenj, vendar posebej poudarjajo stabilnost kontaktne površine zobne površine
• Industrijski robotski konec roke: zahteva 5 stopenj natančnosti in ima stroge zahteve glede hrapavosti površine zob

Sveta Trojica: Toplotna obdelava, površinska obdelava in toleranca

Da bi dosegli ničelno zračnost, morajo biti zobniki stisnjeni skupaj z visoko aksialno prednapetostjo. Če je površina zoba hrapava, bo ta prednapetost povzročila izjemno trenje, kar bo povzročilo hitro toplotno raztezanje, zagozditev in končno odpoved.

Zobnik najvišjega-niva mora biti podvržen natančnemu utrjevanju ohišja (naogljičenje), da se doseže trdo-jedro, ki blaži udarce, z ultra-trdo zunanjostjo. Vendar toplotna obdelava povzroči deformacijo kovine. Da bi popravili to popačenje in dosegli mikroskopsko končno obdelavo površine, ki je potrebna za gladek kotalni kontakt, je treba zobnik podvržiti strogemu CNC brušenju po-toplo-obdelavi in ​​parnemu lepljenju.

Ko preverjate dobavitelja, zahtevajte vpogled v njegove specifikacije površinske hrapavosti (Ra) in vprašajte, kako nadzirajo toplotno popačenje. Želite videti, da se ravni natančnosti strogo vzdržujejo pri razredih 5 do 7 (po standardih GB/DIN/ISO).

Precision Gear Skiving

Sodobni robotski spoji so zelo integrirani in pogosto zahtevajo hipoidne zobnike s kompleksnimi notranjimi profili, slepimi luknjami ali tesnimi rameni, kamor tradicionalno rezkanje zobnikov preprosto ne doseže.

Smučka z natančno prestavoving(pogosto imenovano power skiving) lahko reši te težave. Luščenje je zelo napreden kinematični proces, ki združuje neprekinjeno kotaljenje rezkanja z izmeničnim gibom oblikovanja. Proizvajalcem omogoča rezanje notranjih zobnikov in zapletenih integriranih gredi z neverjetno hitrostjo in mikronsko -natančnostjo, tik ob fizični rami.

Ocenjevanje proizvajalca hipoidnega orodja po meri

Torej kvalificiran proizvajalec hipoidnih zobnikov po meri običajno izpolnjuje zahteve, da je izkušen, ima napredno opremo in ima strog sistem vodenja kakovosti.

Če vzamemo našo ekipo v podjetju Hansheng kot praktično merilo: v zadnjih 10+ letih predanega inženiringa zobnikov smo se naučili, da pri opremi ne morete sklepati kompromisov. Prav zato se zanašamo na-stroje svetovnega razreda, kot so japonskiStroji za luščenje Kashifuji KPS30.

Ko izbirate svojega partnerja, se prepričajte, da ima to specifično triado: desetletja specializiranih izkušenj, elitno-opremo CNC/skiving in brezkompromisno meroslovje.

 

 

 

 

Da bi vas rešil neskončnega drsenja, sem-dejanske menjave-združil v hitro-referenčno matriko.

Brez zračnosti, visoka togost in prilagodljiva postavitev - hipoidni zobniki postajajo zmogljiva izbira za skupno prestavljanje v naslednji generaciji robotov. Ni namenjena zamenjavi harmonikov ali RV, temveč zagotavljanju nove rešitve, ko ne morejo rešiti 'srednje cone'.

Podjetje Hansheng Automation ima več kot deset let izkušenj z visoko{0}}natančnostjoizdelava zobnikov, s popolnoma nadzorovano procesno verigo: od načrtovanja, toplotne obdelave, brušenja zobnikov do ujemajočega se brušenja, osnovna oprema sprejema prvostopenjske blagovne znamke, kot sta Kashifuji in WEDM, natančnost serije pa je stabilna na ravni ISO/DIN/GB 5-7. Zagotovimo lahko prilagojeno ničelno zračnostrešitve prenosaza sodelovalne robote, humanoidne robote in industrijske robotske roke.

Kontaktirajte nas

Kakšna je razlika med hipoidnim zobnikom brez-zračnosti in standardnim avtomobilskim hipoidnim zobnikom?

Oba imata enako geometrijsko obliko, vendar sta njuni uporabi popolnoma različni. Hipoidni zobniki v avtomobilih so posebej zasnovani z zračnostjo, da se prilagodijo mazanju in toplotnemu raztezanju v-velikih aplikacijah. Specializirani hipoidni zobniki za robote so natančno brušeni, sestavljeni v parih in izpostavljeni nadzorovani aksialni prednapetostni sili, da ohranijo stik med obema površinama zob, s čimer popolnoma odpravijo izgube gibanja.



Ali bo prednapetost povečala obrabo in skrajšala življenjsko dobo?

Samo, če je nepravilno nad-apliciran. Ko je prednapetost med ujemajočim sestavljanjem natančno umerjena, se boki zoba elastično deformirajo in ohranjajo stabilen kotalni kontakt, namesto da bi se drgnili drug ob drugega. V kombinaciji s CNC brušenjem po-kaljenju na Ra manj kot ali enako 0,4 μm je obraba postopna in predvidljiva -, kar omogoča načrtovano vzdrževanje namesto reaktivne zamenjave po nenadni okvari.



Ali lahko hipoidni zobniki brez-zračnosti nadomestijo harmonične pogone v vseh cobot zglobih?

Ne univerzalno. Harmonični pogoni ostajajo boljša izbira za ultra-kompaktne, koaksialne zapestne sklepe, kjer je velikost ovojnice glavna omejitev. Hipoidni zobniki zagotavljajo svojo največjo prednost v sredi-sklepih rok - položajih komolcev in ramen -, kjer so hkrati potrebni večja torzijska togost, odpornost na udarce in-napeljava kabla skozi izvrtino.



Kakšno stopnjo natančnosti naj določim za robotski sklep?

Kot splošna smernica v skladu s standardom ISO 17485 / GB/T 11365: srednji-rokočni sklepi cobota običajno zahtevajo stopnjo 5–6; humanoidni sklepi nog in gležnjev 6.–7. razred s poudarkom na stabilnosti kontaktnega vzorca; industrijske končne -osi efektorja (J4–J6) stopnje 5 ali boljše s strogimi zahtevami glede hrapavosti površine.



Kako ocenim, ali lahko proizvajalec izpolni zahteve glede-razreda robotov?

Tri stvari, ki jih je treba preveriti: prvič, ali upravljajo z namenskimi hipoidnimi brusilnimi stroji (Gleason, Klingelnberg ali enakovredni) z natančnim brušenjem -po utrjevanju - in ne s splošnimi CNC centri. Drugič, da zagotavljajo dokumentirane podatke Ra o površinski hrapavosti in poročila o kontaktnih vzorcih na ujemajoč se niz. Tretjič, da dobavijo in zamenjajo zobnike kot usklajene pare.

V strojništvu je za "popolnoma nič zračnosti" in "nizko trenje" pogosto potreben medsebojni kompromis.

'Hipoidno gonilo brez zračnosti', opisano v tem članku, je doseženo z izjemno-natančnim brušenjem in natančno prednapetostjo sistema. Poudariti je treba, da lahko pretirana prednapetost povzroči rahlo izgubo učinkovitosti prenosa in dvig temperature med-delovanjem pri visoki hitrosti.

Namen tega članka je poudariti posebne primere uporabe, kjer hipoidna geometrija zagotavlja inženirske prednosti -, ne pa namigovati, da bi morali hipoidni zobniki izpodriniti obstoječe rešitve. Harmonični pogoni in reduktorji RV so zreli, splošno sprejeti in ostajajo prva izbira za veliko večino aplikacij robotskih zgibov. Inženirje spodbujamo, da ocenijo vse možnosti glede na njihovo specifično obremenitev, prostor in zahteve glede natančnosti.