Cikloīdo reduktoru priekšrocību izpēte robotikā

Augsta momenta blīvuma un kompakta konstrukcija telpiski ierobežotiem robotu locītavu mezgliem

Momenta blīvuma salīdzinājums: cikloīdie, harmoniskie un planētveida reduktori locītavu moduļos

Cikloīdā reduktoru izmantošana ļauj sasniegt ļoti augstu momenta blīvumu — parasti aptuveni 5 Nm uz kubikcentimetru vai vairāk. Šie kompaktie vienības ir mazākas par 80 mm diametrā un rūpniecības standartu ziņā pārspēj planētveida reduktorus aptuveni par 40–60 procentiem pēc momenta attiecības pret tilpumu. Harmonisko piedziņu izmantošana nodrošina līdzīgus izmēru priekšrocības, taču tās ir dārgākas. To ražošanas process ir sarežģīts, un izmantotie materiāli ir dārgi, kas palielina izmaksas par aptuveni 30–50 procentiem tāda paša momenta nodrošināšanai. Salīdzinot ar planētveida zobrata sistēmām, tās vienkārši nevar konkurēt ar citām risinājumu iespējām, kad diametrs kļūst mazāks par 100 mm, jo rodas problēmas ar daudzpakāpju zobratu pārnesummechanismiem. Praktiskā priekšrocība? Robotu locītavas, kas izgatavotas, izmantojot cikloīdo tehnoloģiju, var izturēt pēkšņas trieciena slodzes, kas pārsniedz to normālo slodzes robežu vairāk nekā piecreiz. Tas ir ārkārtīgi svarīgi sadarbības robotiem, kas darbojas cilvēku tuvumā, kur negaidītas spēku iedarbības ir ikdienas darbības neatņemama sastāvdaļa.

Avots: CNC Proto Labs 2024. gada analīze par rūpniecisko robotu locītavu prasībām

Ļauj izveidot ārkārtīgi plānus rokaslocītavu moduļus un modulārus aktuatorus, izmantojot augstu pārnesumskaitli un zemu profila reducētāju

Cikloīdās reducētājierīces ar to plāno assvirziena profilu (mazāk nekā 50 mm) var ievietot tieši septiņu ass robotu rokaslocītavās, kur parastās reducētājierīces aizņem gandrīz divreiz vairāk vietas. Kompaktais izmērs nozīmē, ka šīs reducētājierīces var veikt vienstāvu redukciju līdz pat 1:100, tādējādi izvairoties no papildu zobratiem, kas izšķiež enerģiju, piemēram, automātiskajos vadības transportlīdzekļos (AGV) un pat ļoti precīzos ķirurģiskajos robotos. Lielo ražotāju pētījumi liecina, ka, izmantojot šo tehnoloģiju, aktuatoru masa samazinās aptuveni par 25 %, tomēr tie joprojām atbilst stingrajam ISO/TS 15066 standartam spēka ierobežojumiem. Turklāt cietā vienkāršā korpusa konstrukcija iztur nopietnu nodilumu un paliek nesabojāta pat pēc desmitiem tūkstošu ekspluatācijas stundu — bez izliekšanās vai sabrukšanas.

Gandrīz nulle atgriezeniskās kustības zudumi un izcilas pozicionēšanas precizitāte prasīgiem automatizācijas uzdevumiem

Kā cikloīdā reduktora arhitektūra sasniedz <±5 loka sekundes atkārtojamību precīzā montāžā

To, kas izceļ cikloīdo reduktorus, ir to spēja uzturēt ļoti precīzu pozicionēšanu, pamatojoties uz to darbības principu. Savukārt parastajiem zobratiem vienlaicīgi saķeras tikai viens zobs, bet šie reduktori visu laiku darbības laikā uztur vienlaicīgu kontaktu starp vairākiem zobiem un piniem vai loblēm. Šis gudrais mehāniskais dizains praktiski pilnībā novērš atgriezenisko kustību jau no paša sākuma. Rezultāts? Atkārtojamība līdz aptuveni 5 loka sekundēm, kas ir ļoti svarīgi, montējot jutīgus elektroniskos komponentus vai medicīnas ierīces, kur nelielas novirzes var izraisīt lielas problēmas. Tā kā slodze tiek sadalīta vairākos kontaktvietās, nevis koncentrēta uz atsevišķām vietām, darbības laikā notiek daudz mazāk izliekšanās. Tas nozīmē, ka mašīnas paliek stabiles pat pēc miljoniem ciklu darbības, nepieciešot pastāvīgas regulēšanas vai sarežģītu programmatūras risinājumu, lai kompensētu mehāniskas kļūdas.

Dinamiskās atgriešanās veiktspēja: stabila momenta pārnešana un vienkāršota servoregulatora uzstādīšana haptiskām un sadarbības lietojumprogrammām

Cikloīdās reducētājierīces spēlē būtisku lomu sadarbības robotikā un haptiskajos sistēmās, jo tās ļauj nekavējoties mainīt momentu virzienu bez kustības zuduma. Konstrukcijai praktiski nav atspīdes, kas nozīmē, ka spēki tiek pārnēsāti vienmērīgi pat tad, ja virziens mainās pēkšņi. Tas ir ļoti svarīgi, lai nodrošinātu drošu mijiedarbību starp cilvēkiem un robotiem. Turklāt, saskaņā ar nozares datiem, tas samazina inženieru pavadīto laiku servodzinēju precīzai uzstādīšanai aptuveni par 40 procentiem. Kad ražotāji iekļauj šos komponentus savās sistēmās, tie dabiski atbilst ISO/TS 15066 standartam attiecībā uz spēka kontroli sadarbības operācijās, piemēram, precīzā mazo detaļu ievietošanā. To izceļ spēja reaģēt daļās no milisekundes uz negaidītiem traucējumiem, kas padara visu procesu drošāku un vienlaikus ļauj nodrošināt gludāku darbību kopumā.

Pārākā trieciena slodzes pretestība un uzticama degradācijas uzvedība misijas kritiskās vides apstākļos

Empīriskā trieciena izturība: ISO/TS 15066 atbilstoša darbība sadarbības un rūpnieciskajos robotu rokās

Cikloīdās reducētājierīces patiešām labi absorbē triecienus un atbilst ISO/TS 15066 drošības standartiem sadarbības robotiem. Šo reducētājierīču konstrukcija, kurā izmantoti ripojuma elementi, izkliedē trieciena spēkus vairākos zobos, tāpēc tās var izturēt ļoti intensīvas slodzes, kas dažreiz pārsniedz to normālo jaudu pat trīs reizes. Harmoniskās pārnesumierīces, saskaroties ar spēcīgu triecienu, parasti pēkšņi iznāk no darba, bet cikloīdās vienības nodilst lēni un prognozējami. Tas nozīmē, ka tehniskās apkopes komandas var plānot darbus iepriekš, nevis risināt negaidītus bojājumus, kā rezultātā automašīnu ražotnēs, saskaņā ar dažiem pētījumiem, darba pārtraukumu ilgums samazinās aptuveni par 45 %. Šīs pakāpeniskās nodilšanas dēļ griezes moments paliek stabils pat pēc vairākiem triecieniem. Tāpēc šīs reducētājierīces ir kļuvušas būtiskas tādās nozarēs kā kosmonautika, kur nepieciešama rūpīga detaļu apstrāde, kā arī medicīnas ierīču ražošanā, kur uz delikātām sastāvdaļām piemērojamā spēka robežas ir ļoti stingras.

Augsta vērpes stingrība un ātra dinamiska reakcija elastīgai, augstas joslas platuma kustības vadībai

To, kas izceļ cikloīdo reduktorus, ir to ievērojamā torzijas stingrība, kura pateicoties spēku izkliedēšanai vienlaicīgi pa vairākām kontaktvietām var pārsniegt pat 200 000 Nm/radiānu. Šāda stingrība nozīmē, ka straujām slodzes izmaiņām gandrīz nav leņķiskās novirzes, tāpēc pozīcijas paliek precīzas pat ātrās kustības laikā. Kopā ar gandrīz nulles atspriegošanu (backlash) šie reduktori var apstrādāt vadības frekvences virs 100 Hz un stabilizēties tikai 10 milisekundēs pēc ātras virziena maiņas. Tāpēc tie ir ļoti vērtīgi pielietojumiem, kur svarīga ātruma veiktspēja, piemēram, elektronikas ražošanas līnijās un iepakojuma sistēmās. Turklāt, tā kā moments tiek pārnests uzreiz, servomotoru uzstādīšana kļūst daudz vienkāršāka. Sistēma paliek stabila neatkarīgi no tā, kādu slodzi tā apstrādā, izvairoties no nepatīkamajām svārstībām vai pārsniegšanas problēmām, kas raksturīgas citām sistēmām.