하모닉 드라이브와 유성 기어박스: SCARA 로봇 팔 관절의 승리는 무엇입니까?

2kg의 페이로드와 3,000시간의 연속 작동으로 0.4초 주기 시간에 연중무휴 픽 앤 플레이스를 수행하는 소형 SCARA 로봇 암은 공동 감속기 결정을 비즈니스에 매우 중요하게 만듭니다. 팔 질량과 탑재 하중이 결합되어 가장 높은 모멘트를 생성하는 어깨 축에서 하모닉 드라이브 vs 유성 기어박스 선택에 따라 반복성, 유지 관리 간격 및 축당 총 비용이 결정됩니다.

SCARA 조인트가 감속기에 요구하는 것

SCARA 조인트는 작동 범위가 좁지만 공차 예산이 엄격합니다. 고조파 설계와 유성 설계를 비교하기 전에 타협할 수 없는 세 가지 요구 사항, 즉 위치 반복성, 모멘트 강성, 최대 순간 토크를 정의하십시오.

• 백래시: 팔꿈치 및 손목 축의 경우 0.1 ~ 0.3 arcmin, 어깨의 경우 0.5 ~ 1 arcmin.
• 강성: 비틀림 강성은 팔 길이로 증폭된 진동 모드를 견뎌야 합니다.
• 관성비: 감속기 회전자 관성과 반사된 암 관성은 서보 튜닝에 영향을 미칩니다.
• 듀티 사이클: 대부분의 SCARA 조인트는 유지 관리 기간 없이 연간 100만~200만 사이클을 수행합니다.

하모닉 드라이브와 유성 기어박스: 하모닉이 승리하는 곳

팔꿈치와 손목 축의 경우 하모닉 드라이브는 단일 스테이지 장치에서 달성 가능한 가장 낮은 백래시를 제공합니다. 유연한 외부 스플라인 또는 플렉스플라인은 원형 스플라인과의 접촉을 유지하도록 변형되어 예압 시스템 없이 거의 0에 가까운 백래시를 제공합니다.

낮은 백래시 조인트용 BSHF 시리즈 플렉서블 기어 감속기 대형 중공축과 컴팩트한 몸체로 설계된 이 감속기는 무게를 최소화하면서 높은 토크와 강성을 제공하므로 경량 로봇 팔 및 정밀 조인트에 이상적입니다. 제품보기 →

하모닉 드라이브는 또한 작은 공간에서 높은 감소를 달성할 수 있는 가장 가벼운 방법이기도 합니다. 단일 스테이지는 50:1 ~ 160:1을 제공하므로 보조 벨트 또는 기어 스테이지가 필요하지 않습니다. 2kg 페이로드 SCARA의 경우 팔꿈치 축은 무시할 수 있는 충격 부하를 나타내므로 플렉스플라인의 피로 한계는 공칭 작업 시 제한 요소가 아닙니다.

하모닉 드라이브가 어려움을 겪는 곳은 10kg 이상의 스카라에서 어깨 축입니다. 일체형 플렉스플라인과 베어링 어셈블리는 강화 유성 기어 세트보다 충격 내성이 낮습니다. 충돌 감지 또는 고속 End-of-Arm 툴링으로 인한 부하 스파이크는 플렉스플라인의 토크 용량을 초과하여 영구 경화를 일으킬 수 있습니다.

유성 기어박스가 하모닉 드라이브를 능가하는 곳

유성 기어박스는 분할 부하 기어 배열로 높은 토크와 충격 부하를 처리하기 때문에 대형 SCARA 로봇의 어깨 축에 적합합니다. 여러 유성 기어가 부하를 공유하므로 최대 토크가 많은 톱니 접촉 지점에 분산됩니다.

낮은 백래시와 높은 토크를 갖춘 AHB 유성 기어박스 감속기 경화 및 연삭된 헬리컬 기어를 특징으로 하는 이 감속기는 부드럽고 조용한 작동과 높은 강성을 제공하므로 무거운 하중과 빈번한 반전을 처리하는 어깨 축에 매우 적합합니다. 제품보기 →

AHB 클래스의 정밀 유성 감속기는 일반적으로 표준 정밀 버전에서 1~3 arcmin 백래시를 제공하고 사전 로드된 출력 베어링에서는 0.5~1 arcmin을 제공합니다. 경화 및 연삭을 통해 기어 치형 측면은 빈번한 시작-정지 반전에서도 표면 구멍을 방지합니다. 로봇 관절용 정밀 유성 감속기 그러한 조건을 정기적으로 확인하십시오.

최신 유성 장치의 최소 바이어스 예압 또는 베어링 와셔 솔루션은 런아웃을 0.1mm 미만으로 줄일 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 내부 측면 간격은 출력에서 ​​측정된 백래시가 정교한 브레이크 또는 듀얼 드라이브 스테이지 없이는 거의 0.5 arcmin 미만이 아니라는 것을 의미합니다.

직접적인 비교: 하모닉 드라이브와 유성 기어박스 성능

아래 표에는 SCARA 공동 선택과 가장 관련성이 높은 지표가 요약되어 있습니다.

중요한 구조적 차이점: 하모닉 드라이브는 플렉스플라인 편향에 의존하여 기어 접촉을 생성하고 하중은 원형 스플라인과 플렉스플라인에 의해 동시에 전달됩니다. 유성 기어박스는 3개 또는 4개의 동일한 유성을 사용하여 부하를 분산하므로 순간적인 과부하가 더 관대합니다.

연속 작업 시 효율성, 예열 및 서보 상호 작용

하모닉 드라이브는 50:1 비율에서 60~75%의 효율을 제공하는 반면, 유성 기어박스는 일반적으로 동일한 출력 비율에서 90~95%에 도달합니다. 그 차이는 지속적인 SCARA 작업에서 열 발생으로 나타납니다. 서보 모터는 정지 상태의 고조파 감속기의 더 높은 무부하 토크를 극복하기 위해 추가 전류를 공급해야 합니다. 이는 컨트롤러 이득에 영향을 미치고 소형 암에서 열 드리프트를 유발할 수 있습니다.

BEITTO 브랜드로 설립된 ZHEJIANG BEITTO TRANSMISSION TECHNOLOGY CO., LTD.는 현장에서 이러한 실패 모드를 반복적으로 목격했습니다. 즉, 서보 권선 온도가 공칭보다 섭씨 15도 상승하기 때문에 2교대 근무 후 위치 정확도를 잃는 조화 구동 엘보우입니다. 전동체 손실이 더 간단한 유성 감속기는 동일한 듀티 사이클 하에서 더 낮은 온도를 유지합니다.

SCARA 로봇 빌더를 위한 의사결정 프레임워크

5단계 평가 프로세스를 구현하여 감속기 유형을 선택합니다.

1. SCARA 제품 사양 시트에서 공동 반복성 예산을 정의합니다.
2. 모터 선택 및 암 동적 모델에서 피크 및 연속 토크를 계산합니다.
3. 팔 길이에 대한 한계 강성 요구 사항을 측정합니다.
4. 서보 모터의 정격 RPM 및 토크 창에 감속비를 맞추십시오.
5. 특정 팔 끝 도구 및 충돌 방지 전략에 대한 충격 하중 등급을 비교하십시오.

현장의 일반적인 규칙: 어깨 축 토크가 40Nm를 초과하고 로봇이 엄격한 클린룸 애플리케이션을 실행하지 않는 경우 유성 옵션이 더 안전한 설계 선택입니다. 5kg 페이로드 클래스 SCARA의 경우 팔꿈치와 손목의 하모닉 드라이브는 더 적은 기어링 단계로 더 가볍고 단순한 암을 제공합니다.

중공축 출력을 갖춘 TD-CR 시리즈 스파이럴 베벨 기어 정류자 이 감속기는 유연한 라우팅을 위한 중공축 설계가 특징이며 낮은 백래시와 높은 토크로 부드럽고 효율적인 동력 전달을 제공하여 소형 시스템에서 다축 구성을 지원합니다. 제품보기 →

중국과 유럽의 많은 통합업체는 하이브리드 SCARA 아키텍처를 구축합니다. 즉, 어깨에 유성 감속기, 팔꿈치와 손목에 두 개의 하모닉 드라이브가 있습니다. 이 접근 방식은 어깨의 토크 헤드룸을 유지하면서 팔의 무게를 낮게 유지합니다. TDCR 시리즈 단일 입력 다중 출력 감속기는 다축 모듈에도 사용할 수 있어 소형 로봇 암의 구성 요소 수를 줄일 수 있습니다.

FAQ: SCARA용 하모닉 드라이브와 유성 기어박스 비교