A cikloidal fogaskerekes hajtóművek előnyeinek feltárása a robotikában

Nagy nyomatéksűrűség és kompakt kivitel térkorlátozott robotcsuklókhoz

Nyomatéksűrűség-összehasonlítás: cikloidal, harmonikus és bolygókerék-hajtóművek csuklómodulokban

A cikloidal fogaskerekes hajtóművek kiváló nyomaték-sűrűséggel rendelkeznek, általában körülbelül 5 Nm/cm³ vagy annál nagyobb értéket érnek el. Ezek a kompakt egységek 80 mm-nél kisebb átmérőjűek, és ipari szabványok szerint a nyomaték-térfogat arányukban körülbelül 40–60 százalékkal felülmúlják a bolygókerekes hajtóműveket. A harmonikus hajtóművek hasonló méretelőnyöket biztosítanak, de drágábbak: gyártási folyamatuk bonyolult, anyagaik költségesek, így azonos nyomaték esetén a költségek körülbelül 30–50 százalékkal magasabbak. Amikor bolygókerekes hajtóműrendszerekre gondolunk, azok nem tudnak lépést tartani a versenytársakkal, ha az átmérő 100 mm alá csökken, mivel a többfokozatú fogazat miatt jelentkező problémák ezen a mérettartományon belül egyre súlyosabbá válnak. A gyakorlati előny? A cikloidal technológiával készült robotízületek képesek kezelni a hirtelen, normál kapacitásuknál több mint ötször nagyobb ütőterheléseket. Ez különösen fontos a közös munkavégzésre tervezett robotoknál, ahol a váratlan erőhatások a mindennapi működés részét képezik.

Forrás: A CNC Proto Labs 2024-es elemzése az ipari robotikai csuklók követelményeiről

Ultra vékony csuklók és moduláris meghajtók lehetővé tétele magas áttételű, alacsony profilú fogaskerekes hajtóművekkel

A cikloidal hajtóművek vékony tengelyirányú profiljukkal (kevesebb mint 50 mm) tökéletesen beilleszthetők azokba a hét tengelyes robotcsuklókba, ahol a szokásos hajtóművek majdnem kétszer akkora helyet foglalnak el. A kompakt méret miatt ezek a hajtóművek egyszeres fokozatban akár 1:100-as áttételt is biztosítanak, így elkerülhetők azok a plusz fogaskerekek, amelyek energiát pazarolnak például az AGV-kben vagy akár a finom műtéti robotokban is. A nagy nevű gyártók körülbelül 25%-kal könnyebb meghajtókat értek el e technológia alkalmazásával, miközben továbbra is megfelelnek az ISO/TS 15066 szabvány szigorú erőkorlátozási előírásainak. Emellett a masszív, egyrészből készült ház ellenáll a súlyos kopásnak és mechanikai igénybevételnek, és tízezres működési órák után sem deformálódik vagy romlik el.

Gyakorlatilag nulla holtjáték és kiváló pozícionálási pontosság igényes automatizálási feladatokhoz

Hogyan éri el a cikloidalis reduktor architektúrája a ±5 ívmásodperc ismétlődési pontosságot a precíziós összeszerelés során

A cikloidal hajtóművek kiemelkedő tulajdonsága az, hogy működési elvüknek köszönhetően rendkívül pontos pozícionálást biztosítanak. Ellentétben a szokásos fogaskerekekkel, amelyeknél egyszerre csak egy fog kapcsolódik, ezek a hajtóművek a működés során folyamatosan több fogat is érintkeztetnek egyszerre a tűk és a domborulatok között. Ez a kifinomult mechanikai megoldás gyakorlatilag teljesen kiküszöböli a holtjátékot már a legelső pillanattól kezdve. Az eredmény? A megismételhetőség körülbelül 5 ívmásodpercig terjed, ami különösen fontos például érzékeny elektronikus alkatrészek vagy orvosi eszközök összeszerelésekor, ahol apró elmozdulások is komoly problémákat okozhatnak. Mivel a terhelés nem egyetlen ponton, hanem több érintkezési felületen oszlik el, a működés közben létrejövő deformáció (lehajlás) sokkal kisebb. Ennek következtében a gépek milliókra számított üzemóra után is stabilan működnek, anélkül, hogy folyamatos beállításokra vagy bonyolult szoftveres korrekciókra lenne szükség a mechanikai hibák kiegyenlítéséhez.

Dinamikus visszafordítási teljesítmény: stabil nyomatékátvitel és leegyszerűsített szervóhangolás haptikus és együttműködő alkalmazásokhoz

A cikloidos hajtóművek kulcsszerepet játszanak a kollaboratív robotikában és a haptikus rendszerekben, mivel lehetővé teszik az azonnali nyomatékirány-váltást mozgásveszteség nélkül. A tervezés gyakorlatilag nulla holtjátékot eredményez, ami azt jelenti, hogy az erők következetesen továbbítódnak még akkor is, ha az irányok hirtelen megváltoznak. Ez különösen fontos az emberek és robotok közötti interakciók biztonságának fenntartásához. Emellett – az ipari adatok szerint – körülbelül 40 százalékkal csökkenti a mérnököknek a szervomotorok finomhangolására fordított idejét. Amikor a gyártók beépítik ezeket az alkatrészeket rendszereikbe, természetes módon megfelelnek az ISO/TS 15066 szabványnak a kollaboratív műveletek során – például kis alkatrészek pontos behelyezésekor – érvényes erőszabályozási követelményeknek. Az egyik legfontosabb különlegességük az, hogy ezredmásodpercek tört része alatt reagálnak váratlan zavarokra, így nemcsak biztonságosabbá, hanem simábbá is teszik az egész folyamatot.

Kiváló ütőterhelés-állóság és megbízható degradációs viselkedés küldetés-kritikus környezetekben

Tapasztalati ütésállóság: ISO/TS 15066-szabványnak megfelelő teljesítmény együttműködő és ipari robotkaroknál

A cikloidos sebességváltók kiválóan elviselik az ütésterheléseket, és megfelelnek a közösen működő robotokra vonatkozó ISO/TS 15066 biztonsági szabványnak. A gördülő elemekkel kialakított szerkezetük miatt az ütés erőt több fogra osztja el, így képesek olyan intenzív terheléseket hordozni, amelyek gyakran jelentősen meghaladják a névleges teherbírásukat – néha akár háromszoros mértékben is. Az harmonikus hajtóművek esetében a kemény ütés hatására általában egyszerre történik a meghibásodás, míg a cikloidos egységek fokozatosan és előrejelezhetően kopnak. Ez lehetővé teszi a karbantartási csapatok számára, hogy előre tervezzenek, ne váratlan leállásokkal kelljen szembenézniük – egyes tanulmányok szerint ez a járműgyártó üzemekben körülbelül 45%-kal csökkenti a leállási időt. Ennek a fokozatos kopási mintázatnak köszönhetően a nyomaték konzisztens marad még sok ütés után is. Ezért váltak ezek a sebességváltók elengedhetetlenné az űrkutatási iparban, ahol a alkatrészek óvatos kezelése szükséges, valamint az orvosi eszközök gyártásában is, ahol szigorú korlátozások vonatkoznak a finom alkatrészekre kifejtendő erő nagyságára.

Magas csavarón merevség és gyors dinamikus válasz ügyes, nagy sávszélességű mozgásvezérléshez

A cikloidos hajtóművek kiemelkedő tulajdonsága a rendkívül nagy csavarón merevségük, amely több érintkezési ponton egyszerre történő erőelosztásnak köszönhetően akár 200 000 Nm/radián feletti értéket is elérhet. Ez a merevség szinte teljesen kizárja a szögelfordulást hirtelen terhelésváltozások esetén, így a pozíciók akár gyors mozgások közben is pontosak maradnak. A gyakorlatilag nulla holtjáték mellett ezek a hajtóművek 100 Hz-nél magasabb vezérlési frekvenciákat képesek kezelni, és gyors irányváltás után mindössze 10 milliszekundum alatt stabilizálódnak. Ezért különösen értékesek olyan alkalmazásokban, ahol a sebesség döntő fontosságú, például az elektronikai gyártósorokon és a csomagolórendszerekben. Emellett, mivel a nyomaték azonnal átvitelre kerül, a szervomotorok beállítása lényegesen egyszerűbbé válik. A rendszer stabil marad bármilyen teher esetén, elkerülve azokat a kellemetlen rezgéseket vagy túllendülési problémákat, amelyek más rendszereket gyakran megzavarnak.