하모닉 드라이브와 유성 기어박스: 올바른 로봇 관절 감속기 선택

협동로봇의 손목 관절이 1.5kg의 하중에서 0.08mm만큼 표류할 때 결함이 있는 구성 요소가 서보 모터인 경우는 거의 없습니다. 감속기입니다. 로봇 조인트 애플리케이션에서 조화 드라이브와 유성 기어박스 결정은 위치 정확도, 토크 밀도, 컴플라이언스를 결정하며 다른 하위 어셈블리보다 비용이 더 많이 듭니다. 실제 질문은 추상적으로 어떤 기술이 더 나은가가 아니라 어떤 기술이 관절의 모션 프로파일과 일치하는지입니다.

이 가이드에서는 측정 가능한 매개변수인 백래시, 비틀림 강성, 토크 밀도, 속도 성능 및 서비스 수명을 사용하여 두 기술을 비교합니다. 이는 설계 엔지니어가 주문하기 전에 적용할 수 있는 실용적인 선택 프레임워크로 끝납니다.

하모닉 드라이브와 유성 기어박스: 백래시 및 토크 밀도로 시작

로봇 조인트의 경우 하모닉 드라이브는 더 낮은 백래시와 더 높은 토크 밀도를 제공하는 반면, 유성 기어박스는 더 높은 강성과 뉴턴-미터당 더 나은 비용을 제공합니다.

백래시는 입력이 유지될 때 출력의 자유로운 각도 이동입니다. 로봇 관절에서는 제어 응답에서는 데드존으로 나타나고, 방향이 바뀌면 위치 오차로 나타난다. 하모닉 드라이브는 웨이브 제너레이터로 플렉스플라인을 변형하여 간격이 거의 없는 두 개의 맞물림 영역을 만듭니다. 일반적인 하모닉 드라이브는 1분 이상의 백래시에 도달하며, 많은 모델이 0.5 arcmin을 달성합니다. 표준 유성 기어박스에는 선 기어와 유성 기어 사이에 내부 간격이 있으므로 백래시는 일반적으로 3~15 arcmin 사이입니다. 정밀 유성 장치는 더 높은 가격으로 1~3 arcmin에 도달합니다.

외경 단위당 정격 토크를 의미하는 토크 밀도는 두 번째 결정 수치입니다. 하모닉 드라이브의 플렉스플라인은 큰 직경의 원형 스플라인을 감싸므로 동일한 패키지 크기로 유사한 유성 기어박스에 비해 약 2~3배의 토크를 제공합니다. 로봇 관절의 경우 이는 동일한 페이로드 용량을 갖춘 더 작고 가벼운 손목을 의미합니다. 유성 기어박스는 유성 기어를 위해 더 많은 반경 방향 공간이 필요하므로 동일한 출력 토크에 대해 더 무거워집니다.

요구 사항이 정밀한 유지인 경우, 고조파 감속기 심층 다이빙 가이드 백래시가 거의 0에 가까운 제어에 미치는 영향에 대해 자세히 설명합니다.

중공축이 있는 BSHF 시리즈 유연한 기어 감속기 이 하모닉 감속기는 거의 0에 가까운 백래시와 높은 강성을 제공하므로 정밀 유지 응용 분야에 이상적입니다. 컴팩트한 중공축 설계는 공간이 제한된 로봇 관절에 적합하며, 낮은 비틀림 강성은 컨트롤러 튜닝에 영향을 미칩니다. 제품보기 →

강성과 공명: 하모닉 드라이브가 전체 제어 루프를 변경하는 이유

하모닉 드라이브는 유성 기어박스보다 비틀림 강성이 낮지만 백래시도 거의 없으며 이로 인해 컨트롤러가 반응하는 방식이 달라집니다.

비틀림 강성은 하중을 받을 때 각도 편향에 대한 저항입니다. 여러 개의 유성 기어가 구름 접촉을 하는 유성 기어박스는 뻣뻣합니다. 작은 단위는 arcmin당 5~10Nm를 표시할 수 있습니다. 하모닉 드라이브는 플렉스플라인이 구부러지도록 설계되었기 때문에 더 부드럽습니다. 제로 백래시 간격과 결합된 낮은 강성은 위치 루프를 더 예측 가능하게 만들지 만 비틀림 공진 주파수를 낮춥니다.

로봇이 작은 탑재량으로 저속으로 지점 간 위치 지정을 수행하면 하모닉 드라이브가 승리합니다. 조인트가 외부 힘을 거부하거나 높은 가속도를 처리해야 하는 경우 제어 루프가 흥미로운 구조 모드 없이 더 높은 대역폭에서 작동할 수 있기 때문에 더 견고한 유성 기어박스를 안정화하기가 더 쉽습니다.

유성 기어박스가 적합한 경우: 비용, 듀티 사이클 및 충격 하중

유성 기어박스는 4,000rpm 이상의 입력 속도가 필요하거나, 충격 부하를 견뎌야 하거나, 빠듯한 예산 내에서 유지되어야 하는 로봇 관절에 적합한 선택입니다.

유성 기어박스는 단계당 90~97%의 효율적이고 견고하며 가격이 저렴하기 때문에 로봇공학에서 흔히 사용됩니다. 5,000~10,000rpm의 입력 속도로 작동하는 반면, 하모닉 드라이브는 플렉스플라인이 고속에서 더 빨리 피로해지기 때문에 일반적으로 3,000~4,000rpm으로 제한됩니다. 유성 기어는 여러 접촉점에서 하중을 공유하므로 충격력이 분산됩니다. 하모닉 드라이브의 얇은 플렉스플라인은 과도한 피크 토크나 충돌로 인해 영구적으로 변형될 수 있습니다. 비용은 세 번째 요소입니다. 동일한 프레임 크기의 유성 기어박스는 일반적으로 하모닉 드라이브보다 비용이 30~50% 저렴합니다. 6개 또는 7개의 관절이 있는 로봇의 경우 이 차이는 중요합니다.

서보 모터용 AHL 시리즈 헬리컬 유성 감속기 이 헬리컬 유성 기어박스는 부드럽고 저소음 작동과 높은 토크 용량을 제공합니다. 일체형 베어링과 유지 관리가 필요 없는 그리스는 가동 중지 시간을 줄여 산업용 로봇의 어깨 및 팔꿈치 축에 대한 비용 효과적인 선택이 됩니다. 제품보기 →

리듀서를 로봇 관절에 맞추는 방법: 실용적인 선택 프레임워크

위치 정확도 요구 사항부터 시작하여 지속적인 토크와 속도를 확인한 다음 마지막으로 비용과 사용 수명을 비교하여 감속기를 선택하십시오.

조인트의 실제 요구 사항을 해결하기 위해 작업하면 토크에 비해 크기가 크지만 정확성에 비해 크기가 작은 감속기를 주문하는 가장 일반적인 실수를 방지할 수 있습니다.

1. 엔드 이펙터에서 필요한 반복성을 정의합니다(예: 플러스/마이너스 0.05mm).
2. 팔 세그먼트 길이를 사용하여 이를 관절의 각도 분해능으로 변환합니다.
3. 모터 RMS 부하에서 연속 토크를 계산하고 가속 프로필에서 최대 토크를 계산합니다.
4. 하모닉 드라이브의 정격 속도는 유성 드라이브의 정격 속도보다 낮으므로 최대 입력 속도를 지정하십시오.
5. 컨트롤러의 대역폭에 대한 비틀림 강성을 확인합니다.
6. 예비 부품 및 예상 수명을 포함한 총 소유 비용을 비교하십시오.

고조파 및 유성 구동 경로에 대한 BEITTO의 경험

BEITTO는 유성식, 유연한 기어 및 다중 출력 감속기를 제조하므로 단일 기술에 얽매이지 않고 재고 제품군에서 로봇 조인트를 지정할 수 있습니다.

Zhejiang Beitto Transmission Technology Co., Ltd.(BEITTO)는 18 시리즈의 고정밀 유성 감속기, BSHF, BCSF 및 BCSG 시리즈의 유연한 기어 감속기, 1입력 다중 출력 변속기용 TD 시리즈를 제작합니다. 이 회사는 90명 이상의 직원과 20년 이상의 기어박스 업계 경험을 바탕으로 12,000제곱미터 규모의 공장을 운영하고 있습니다. BEITTO의 생산 현장은 일본의 정밀 제조 방법과 엄격한 품질 관리를 따르며, 이는 조인트가 긴 서비스 수명 동안 정격 토크를 유지해야 하는 경우에 중요합니다.

로봇 관절 유연성과 부하 용량을 위해 TDCR 시리즈는 소형 다중 출력 구성을 제공합니다. 는 TDCR 시리즈는 로봇 관절의 유연성을 향상시키도록 설계되었습니다. 낮은 백래시를 유지하면서 부하 용량을 향상시킵니다.

TD-CR 시리즈 중공축 나선형 베벨 감속기 중공축 출력과 낮은 백래시를 갖춘 이 베벨 기어 감속기는 로봇 관절 유연성과 부하 용량을 향상시킵니다. 유지 관리가 필요 없는 설계와 유연한 장착으로 통합이 단순화되어 다축 시스템용 하모닉 드라이브를 보완합니다. 제품보기 →

FAQ: 로봇 관절용 하모닉 드라이브와 유성 기어박스 비교

로봇 관절의 백래시가 더 낮은 감속기는 무엇입니까?

하모닉 드라이브는 백래시가 일반적으로 1arcmin 이상으로 낮습니다. 정밀 유성 기어박스는 1~3arcmin에 도달하지만 표준 유성 장치는 일반적으로 3~15arcmin 사이에 해당합니다.

유성 기어박스가 로봇 손목의 하모닉 드라이브를 대체할 수 있습니까?

가능하지만 동일한 프레임 크기에 대해 조인트의 백래시가 더 높고 토크 밀도가 더 낮습니다. 또한 유성 기어박스는 더 빠르게 작동하고 충격 부하를 더 잘 처리하므로 그리퍼 축이 있는 손목에 유리할 수 있습니다.

로봇 관절용 감속기를 선택할 때 가장 큰 위험은 무엇입니까?

가장 큰 위험은 정격 토크만을 기준으로 선택하는 것입니다. 많은 엔지니어들은 비틀림 강성, 입력 속도 및 조인트의 실제 반복성을 확인하는 것을 잊어버립니다. 너무 부드러운 감속기는 진동을 유발할 수 있으며, 모터의 최대 속도에 비해 너무 느린 감속기는 수명을 단축시킵니다.

로봇 관절의 기어박스 크기를 어떻게 계산합니까?

조인트에서 연속 토크로 시작하고 가속을 위해 피크 계수 2~3을 곱한 다음 필요한 입력 속도를 확인합니다. 조인트의 정밀한 유지가 필요한 경우 위치 제어 루프에 대한 백래시 및 강성도 확인하십시오.