Sykloidisten väsytinten hyötyjen tutkiminen robotiikassa

Korkea vääntömomentin tiukkuus ja kompakti rakenne tila-ajoitettuihin robotin nivelihin

Vääntömomentin tiukkuuden vertailu: sykloidiset vs. harmoniset ja planeetta-väsytinjärjestelmät nivelmoduuleissa

Sykloidivähentimet tarjoavat todellista iskutehoa, kun kyseessä on vääntömomentin tiukkuus: ne saavuttavat yleensä noin 5 Nm kuutiosenttimetrillä tai paremmin. Nämä kompaktit laitteet ovat halkaisijaltaan alle 80 mm ja teollisuuden standardien mukaan niiden vääntömomentin suhde tilavuuteen on noin 40–60 prosenttia parempi kuin planeettavähentimillä. Harmoniset vaihteet tarjoavat samankaltaisia kokoetuja etuja, mutta niiden hinta on huomattavasti korkeampi. Niiden valmistusprosessi on monimutkainen ja materiaalit kalliita, mikä nostaa kustannuksia noin 30–50 prosenttia saman vääntömomentin saavuttamiseksi. Kun tarkastellaan planeettahampuraisia järjestelmiä, ne eivät pysty pitämään askelia kilpailijoiden kanssa, kun halkaisija laskee alle 100 mm, koska monitasoiset hammaspyöräjärjestelmät aiheuttavat haasteita. Käytännön hyöty? Sykloiditekniikalla varustetut robottinivelit kestävät äkillisiä iskukuormia, jotka ylittävät niiden normaalit kapasiteetit yli viidesti. Tämä on erityisen tärkeää yhteistyöroboteille, jotka toimivat ihmisten rinnalla ja joissa odottamattomat voimat kuuluvat arkipäivän toimintaan.

Lähde: CNC Proto Labsin vuoden 2024 teollisten robottinivelien vaatimusten analyysi

Mahdollistaa erinomaisen ohuet ranat ja modulaariset toimilaitteet korkealla välityssuhteella ja matalalla profiililla tapahtuvan välityksen avulla

Sykloidivaihteet, joiden ohut aksiaaliprofiili (alle 50 mm), sopivat suoraan niihin seitsemän akselin robottiraniin, joissa tavallisesti käytetyt vaihteet vievät lähes kaksinkertaisen tilan. Tiukka kokoonpano mahdollistaa yksivaiheisen välityksen suhteella jopa 1:100, mikä poistaa ylimääräiset hammaspyörät, jotka hukkaavat energiaa esimerkiksi AGV-kuljetusajoneuvoissa ja jopa herkissä kirurgisissa robotteissa. Suurten valmistajien raportointien mukaan tämän teknologian käyttö on vähentänyt toimilaitteiden painoa noin 25 %, ilman että niiden kyky täyttää tiukat ISO/TS 15066 -voimarajat heikkenee. Lisäksi kova yksikappaleinen kotelo kestää merkittävää kulumista ja vaurioita ja säilyy ehjänä jopa kymmeniä tuhansia käyttötunteja ilman taipumista tai hajoamista.

Lähes nollatakainen takaisinkäytös ja erinomainen sijaintitarkkuus vaativiin automaatiotehtäviin

Kuinka sykloidisen vähentimen rakenne saavuttaa ±5 kaarisekunnin toistotarkkuuden tarkoissa kokoonpanotehtävissä

Sikloidivähentimien erottaa muista se, että ne pystyvät säilyttämään erinomaisen tarkan sijainnin niiden toimintaperiaatteen ansiosta. Toisin kuin tavallisissa hammaspyörässä, joissa vain yksi hammashammas on kerrallaan kosketuksissa, nämä vähentimet pitävät useita hampaita yhtä aikaa kosketuksissa nappujen ja kärkien kanssa koko toiminnan ajan. Tämä älykäs mekaaninen rakenne poistaa takaiskuilmiön käytännössä kokonaan jo alusta lähtien. Tuloksena on toistettavuus noin 5 kaarisekunnin tarkkuudella, mikä on erityisen tärkeää esimerkiksi herkille elektronisille komponenteille tai lääkinnällisille laitteille tehtävässä kokoonpanossa, jossa pienet suuntausvirheet voivat aiheuttaa merkittäviä ongelmia. Koska kuorma jakautuu usealle kosketuspisteelle eikä keskitä yksittäisiin alueisiin, taipuma on toiminnan aikana huomattavasti pienempi. Tämä tarkoittaa, että koneet pysyvät vakaina jopa miljoonien käyttökertojen jälkeen ilman, että niitä pitäisi jatkuvasti säätää tai käyttää monimutkaisia ohjelmistokorjauksia mekaanisten virheiden kompensoimiseksi.

Dynaaminen kääntösuorituskyky: vakaa vääntömomentin siirto ja yksinkertaistettu servosäätö taktilisiin ja yhteistyösovelluksiin

Sykloidivähentimet ovat avainasemassa yhteistyörobottiikassa ja taktilisissä järjestelmissä, koska ne mahdollistavat välittömän vääntömomentin kääntämisen ilman liikkeen menetystä. Suunnittelussa on käytännössä ei lainkaan takaiskuja, mikä tarkoittaa, että voimat siirtyvät johdonmukaisesti myös suunnan äkillisessä muutoksessa. Tämä on erityisen tärkeää ihmisten ja robottien välisten vuorovaikutusten turvallisuuden varmistamiseksi. Lisäksi se vähentää insinöörien aikaa, joka kuluu servomoottoreiden tarkkaan säätöön, noin 40 prosenttia teollisuuden tiedon mukaan. Kun valmistajat integroivat nämä komponentit järjestelmiinsä, ne noudattavat luonnollisesti ISO/TS 15066 -standardia voiman säädöstä varten yhteistyötoiminnassa, kuten pienien osien tarkassa asennuksessa. Niiden erottaa muista se, että ne pystyvät reagoimaan odottamattomiin häiriöihin murto-osissa millisekuntia, mikä tekee koko prosessista turvallisemman ja samalla sileämmän kokonaisuuden.

Erinomainen iskukuormien kestävyys ja luotettava heikkenemiskäyttäytyminen kriittisissä tehtävissä

Empiirinen iskunkestävyys: ISO/TS 15066 -vaatimusten mukainen suorituskyky yhteistyörobottien ja teollisuusrobottien käsivarsissa

Sykloidivähentimet ovat erinomaisia shockien (iskujen) absorboinnissa, ja ne täyttävät yhteistyörobottien turvallisuusstandardin ISO/TS 15066. Näiden vähentimien rakenne, jossa käytetään vierivää elementtiä, jakaa iskukuormat usealle hammastelle, mikä mahdollistaa hyvin voimakkaiden kuormien käsittelyn – joskus jopa kolminkertaisen niiden nimelliskuorman. Harmoniset vaihteet taipuvat yleensä yhtäkkiä kun niitä isketään kovasti, mutta sykloidivähentimet kuluvat hitaasti ja ennustettavasti. Tämä tarkoittaa, että huoltotiimit voivat suunnitella huoltoja etukäteen eikä heidän tarvitse vastata yllättäviin katkoksiin, mikä vähentää pysähtyneisyyttä noin 45 % autotehtaissa joissakin tutkimuksissa. Tämän hitaan ja tasaisen kuluman ansiosta vääntömomentti säilyy vakiona myös useiden iskutapausten jälkeen. Siksi nämä vähentimet ovatkin tulleet välttämättömiä esimerkiksi ilmailualalla, jossa osia on käsiteltävä varovasti, sekä lääkintälaitteiden tuotannossa, jossa herkille komponenteille asetetaan tiukat rajoitukset sallitulle voimalle.

Korkea kiertokovausjäykkyys ja nopea dynaaminen vastaus joustavaan, korkean kaistaleveyden liikeohjaukseen

Sikloidivähentimien erottaa muista niiden uskomaton kiertokovaus, joka voi ylittää helposti 200 000 Nm/rad, koska voimat jakautuvat useisiin kosketuspisteisiin samanaikaisesti. Tämä kovaus tarkoittaa lähes olematonta kulmataipumaa äkillisten kuormitusten vaihtuessa, joten sijainnit pysyvät tarkkoina myös nopeissa liikkeissä. Kun vähentimiin yhdistetään käytännössä nollatakainen takaisku, ne pystyvät käsittelemään ohjaustaajuuksia yli 100 Hz:n ja saavuttamaan vakautumisen vain 10 millisekunnissa nopeiden suuntamuutosten jälkeen. Siksi niitä käytetään laajalti sovelluksissa, joissa nopeus on ratkaiseva tekijä, kuten elektroniikkateollisuuden tuotantolinjoilla ja pakkausjärjestelmissä. Lisäksi, koska vääntömomentti siirtyy välittömästi, servomoottorien asennus yksinkertaistuu huomattavasti. Järjestelmä pysyy vakavana riippumatta siitä, millaista kuormaa se käsittellessään, mikä estää niitä ärsyttäviä värähtelyjä tai ylityksiä, joita muut järjestelmät usein kärsivät.