고조파 감속기 : 고정밀 모션 시스템을위한 심층 가이드

고조파 (변형 파) 감소의 작업 원리 및 성능 특성

스트레인 웨이브 메커니즘이 소형 패키지에서 높은 비율을 생성하는 방법

에이 고조파 감속기 - 변형 웨이브 기어 박스라고하는 종종 - 유연한 컵 (Flexspline), 내부 치아가있는 강성 링 및 타원 웨이브 생성기를 사용하여 장치의 크기와 질량에 대해 비정상적으로 높은 감소 비율을 달성합니다. 파도 생성기가 컵을 변형시킬 때, Flexspline의 두 개의 로브 만 링을 순간적으로 관여시키고, Flexspline은 링보다 치아가 약간 적기 때문에 파도 생성기의 모든 회전은 치아 수의 차이에 의해 결합을 발전시켜 크게 감소합니다. 이 형상은 움직이는 구역에서 접촉을 집중시켜 많은 치아에 마모되어 매끄러운 메쉬에 기여합니다. 그 결과 백래시가 낮고 비틀림 강성이 우수한 탁월한 포지셔닝 정밀도를 제공하는 액추에이터 스테이지입니다.

백래시가 본질적으로 낮은 이유와 그것이 정밀 운동에 어떻게 도움이되는지

기존의 기어 트레인에서, 반발은 강성 치아 사이의 클리어런스에서 발생합니다. 변형 파도 감속기에서, 탄성 변형 및 원주 치아 랩은 자유 플레이를 극적으로 최소화하는 거의 사전로드 된 접촉을 생성합니다. 카메라 김벌, 반도체 처리 또는 외과 로봇 공학과 같은 아크 분수 또는 아크 분산 반복성이 필요한 응용 분야의 경우이 특성은 결정적인 이점이됩니다. 에이 정밀 고조파 감속기 낮은 백래시 구성은 윤곽 오류로 축적되는 토크 교란 및 마이크로 진동에 대한 위치를 유지하는 데 도움이되므로 컨트롤 루프가 흥미로운 진동없이 더 높은 이득을 사용할 수 있습니다.

효율, 강성 및 수명주기 고려 사항

효율은 비율, 윤활 및 하중에 달려 있습니다. 일반적인 값은 적당한 비율로 소형 행성 단계와 경쟁력이 있지만 매우 높은 비율은 약간 더 많은 내부 플렉스 손실을 보일 수 있습니다. 축 방향 및 방사형 강성은 베어링 및 케이스 형상에 의해 형성되는 반면, 비틀림 강성은 Flexspline 벽 두께와 치아 관여 아크를 반영합니다. 수명주기는 적절한 윤활 및 온도 관리와 밀접한 관련이 있습니다. 지정된 토크 및 스피드 봉투 내부에서 작동하는 경우 탄력 적으로 스트레스를받은 Flex 구성 요소는 수천 시간 동안 실행할 수 있습니다. Flexspline의 스트레인 필드는 파동 생성기와 함께 회전하고 피로 한계 아래로 유지되어야하기 때문에 설계자는 시작주기와 역전 동작으로 듀티 사이클을 고려해야합니다.

고조파 감속기가 빛나고 다른 옵션에 맞는 곳

고조파 감속기는 소형 크기, 한 단계에서 높은 비율, 저 질량, 반발성이 매우 낮고 서비스 수명에 걸쳐 일관된 정확도가 필요할 때 탁월합니다. 그것들은 관절 조인트, 팬 틸트 헤드, 정밀 인덱싱 및 공동 로봇 손목에 자연스럽게 적합합니다. 애플리케이션에 충격 하중이 심하거나 입력 속도가 매우 높은 연속 고속 회전이 포함 된 경우 디자이너는 감속기를 상류 벨트 단계와 짝을 이루거나 대체 아키텍처를 고려할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 대부분의 중간 속도의 고정밀 작업에서 변형 웨이브 접근법은 킬로그램 당 최고급 체적 효율성과 정확도를 산출합니다.

부하에서 비율로 : 실용 가이드 고조파 감속기 토크 계산

실제 요구 사항을 기계 숫자로 변환합니다

강력한 사이징 프로세스는 페이로드 및 링크의 정적 중력 토크, 원하는 모션 프로파일의 동적 가속 토크, 마찰 및 씰 토크, 케이블 드래그와 같은 교란 토크와 같은 모든 외부 토크를 매핑하여 시작됩니다. 불확실성을위한 안전 요소를 추가하고 듀티 사이클을 포함하십시오. 핵심 목표는 감속기가 과도한 가열 또는 피로없이 피크 및 RMS 토크를 전달할 수 있도록하는 것입니다. 그런 다음 해상도 목표를 충족하는 동안 서보 모터를 유리한 속도 - 장내 영역에서 유지하도록 비율을 선택합니다. 고조파 감속기는 매우 높은 단일 단계 비율을 제공하기 때문에 감속기의 허용 가능한 입력 속도를 존중하면 정확도를 손상시키지 않고 작은 모터를 선택할 수 있습니다.

예제 방정식이있는 단계별 워크 플로

• 중력 토크 계산 : 티 _g = 중 · g · l · cos (θ) 최악의 각도에서 관절 축에 대해.
• 가속화 토크 계산 : 티 _에이 = J. · α , 와 함께 J 반사 된 관성 및 α 각도 가속도로.
• 외부 토크를 합계하고 여백을 추가하십시오. 티 _req = (t _g 티 _에이 티 _에프 ) · s에프 .
• 비율을 선택하여 운동 속도와 토크가 달콤한 지점에 떨어지고 감속기 입력 속도 한계를 확인하십시오.
• 위치 및 정착 시간 목표에 대한 비틀림 강성을 점검하십시오.

예시적인 사이징 스냅 샷

0.25m 반경에서 2.5kg 도구가있는 손목 조인트를 고려하여 빠른 반전이있는 300 °/s를 대상으로합니다. 최악의 포즈에서의 중력 토크는 대략 2.5 · 9.81 · 0.25 ≈ 6.13 n · m입니다. 가속도가 3.5 n · m을 추가하고 다른 0.4 n · m을 추가한다고 가정합니다. 안전 계수가 1.6 인 경우 필요한 출력 토크는 (6.13 3.5 0.4) · 1.6 ≈ 16.7 n · m이됩니다. 입력 속도를 한계 아래로 유지하고 반사 된 관성을 제어 할 수 있도록 모터가 감소 후이를 전달할 수있는 비율을 선택하십시오. 마지막으로, 조인트의 RMS 듀티에서 연속 토크를 확인하여 열 제한이 미션 프로파일을 통해 존중됩니다.

예제 매개 변수 테이블

위의 워크 플로는의 정신을 구현합니다 고조파 감속기 토크 계산 : 액추에이터가 대형 구성 요소가없는 속도, 강성 및 정확도 목표에 부딪 칠 때까지 정량화, 마진, 열 동작을 확인하고 반복 비율을 정량화하십시오.

설계 a 로봇 암에 대한 고조파 감소기 산업 세포에서

운동 학적 체인의 관절 요구 사항을 매핑합니다

다축 암은 일반적으로베이스에서 손목으로의 토크 요구 사항을 감소시킵니다. 그러나 정확도 수요는 종종 최종 이펙터를 향해 증가합니다. a 로봇 암에 대한 고조파 감소기 조인트,베이스는 긴 링크에서 위치 안정성에 대한 더 높은 토크와 강성을 선호 할 수있는 반면, 손목은 최소한의 백래시와 민첩성을 위해 낮은 질량을 요구할 수 있습니다. 감속기의 소형 축 치수는 팔의 질량 중심을 각 축에 가깝게 유지하여 필요한 카운터 토크를 줄이고 빈번한 시작 및 정지로 듀티 사이클의 에너지 효율을 향상시키는 데 도움이됩니다.

제어 고려 사항 : 관성 일치 및 규정 준수

감속기 비율은 모터 토크를 곱하고 속도를 나누기 때문에 모터에서 볼 수있는 비율의 제곱만큼 반사 된 하중 관성을 증가시킵니다. 해상도에 대한 높은 비율과 제어성에 대한 겸손한 비율 사이의 균형을 유지하는 것이 필수적입니다. 과도한 반사 관성은 보수적 인 통제 이익을 강요하고 정착 시간을 연장시킬 수 있습니다. 감속기의 비틀림 준수는 서보 모델에 고려되어야합니다. 너무 적은 강성은 부하 관성과 결합하고 가볍게 감쇠 된 모드를 만들 수있는 반면, 더 강한 구성은 오버 슈트없이 더 높은 대역폭 및 더 선명한 경로 추적을 지원합니다.

환경 및 신뢰성 요인

산업용 세포는 관절을 온도 스윙, 먼지 및 가끔 영향에 노출시킵니다. 환경 및 유지 보수 계획과 호환되는 밀봉 및 윤활을 선택하십시오. ARM이 빈번한 공구가 변경되는 경우 도킹 중에 일시적인 토크의 추가 안전 마진을 고려하십시오. 전력 손실 중에 하중을 유지 해야하는 수직 축의 경우 브레이크를 통합하거나 내부 배경이 낮은 감속기를 선택하여 브레이크가 발생하는 동안 낙하 거리를 제한합니다.

팔 관절 강조 비교

선택 a 코봇을위한 소형 고조파 감소기 관절

인간 규모의 안전 및 경량 전송의 필요성

공동 작업 로봇은 작업 공간을 사람들과 공유하므로 부드럽고 본질적으로 안전한 역학을 우선시합니다. 에이 코봇을위한 소형 고조파 감소기 작은 봉투의 높은 감소를 제공하여 관성을 제한하고 에너지에 영향을 미치는 경량 암을 돕습니다. 부드럽고 0이 아닌 백래시 참여는 충돌 감지를위한 고해상도 토크 추정을 지원하는 반면, 컴팩트 한 것은 액추에이터를 안전을 위해 쉽게 보호하고 반올림하는 슬림 한 링크 프로파일에 집어 넣을 수있게합니다.

배열 가능성 및 힘 제어

코봇은 시스템이 예기치 않은 접촉을 감지하고 응답 할 수 있도록 합리적인 토크로 배경 할 수있는 조인트의 혜택을받습니다. 고조파 감속제는 비율 및 씰 마찰에 따라 명백한 배열 성이 다양합니다. 적당한 비율과 최적화 된 윤활을 선택하면 도움이됩니다. 코봇은 종종 인간의 상호 작용이 빈번하여 더 낮은 속도로 실행되기 때문에, 열 헤드 룸 및 연속 토크 (피크뿐만 아니라 연속 토크)를 검증해야합니다. 스틱을 최소화하는 감속기와 쌍을 이루는 낮은 코깅 모터는 소규모 조절 제어를 향상시켜 준수 어셈블리 및 손을 투여 모드를 가능하게합니다.

페이로드, 작업 공간 및 듀티 사이클

협업 페이로드는 겸손 할 수 있지만, 긴 도달 및 확장 된 수평 포즈는 여전히 의미있는 중력 토크를 생성 할 수 있습니다. 최대 허용 속도를 높일 수있는 전력 및 힘 제한과 같은 안전 기능을 설명하면서 최악의 자세를 취하는 동안 감속기는 크기가 크기가 있어야합니다. 디자이너는 실제 RMS 토크를 결정하고 지속적인 협업 작업 중에도 환원 등급을 초과하지 않도록 일반적인 작업과 같은 일반적인 작업을 모델링해야합니다.

COBOT 중심의 고려 사항 대 일반 산업 무기

의사 결정 프레임 워크 : 고조파 감속기 대 행성 기어 박스

중요한 메트릭의 아키텍처 비교

스트레인 파와 행성 변속기는 모두 높은 비율과 토크 밀도를 전달할 수 있지만, 그들의 행동은 응용 프로그램 적합성에 영향을 미치는 방식이 다릅니다. 고조파 유닛은 초 낮은 백래시, 소형 축 방향 길이 및 높은 단일 단계 비율을 강조하여 정밀 조인트 및 소형 손목에 탁월합니다. 행성 단계는 일반적으로 더 높은 입력 속도 기능, 강한 충격 저항 및 중간 비율로 매우 우수한 효율을 제공하며, 이는 연속 회전 축 및 파워 밀도 스핀들에 매력적일 수 있습니다. 평가할 때 고조파 감속기 대 행성 기어 박스 옵션, 수명, 비틀림 강성, 소음, 윤활 간격 및 듀티 사이클의 열 발자국에 대한 백래시 안정성을 계량하십시오.

나란히 비교 테이블

습관이 아니라 의도로 선택합니다

최소한의 준수로 KPI가 반복적 인 정확도 인 경우 정밀 고조파 감속기 낮은 백래시 구성은 명확한 장점을 제공합니다. KPI가 지속적인 고속 회전과 반복적 인 충격에 대한 탄력성이라면 행성 단계가 더 간단 할 수 있습니다. 많은 시스템은 정확도를 위해 손목의 고조파와 전력 처리량을 위해 초기 축에서 행성을 모두 혼합합니다. 레거시 선택이 아닌 측정 가능한 요구 사항에서 시작하십시오.

선택, 통합 및 장수

첫 번째 통과 선택을위한 실제 점검 목록

• 출력 토크 정의 : 안전 요인을 포함한 피크 및 RMS.
• 정확도 대상 설정 : 허용되는 백래시, 비틀림 강성, 반복성.
• 비율을 선택하십시오 고조파 감속기 토크 계산 모터 매칭.
• 입력 속도 제한, 허용 가능한 오버 hung 하중 및 베어링 수명을 확인하십시오.
• 듀티 사이클에서 열 상승을 확인하십시오. 열 경로와 장착을 계획하십시오.
• 강제 제어 작업에 대한 배열 성 및 준수를 평가하십시오 콤팩트 고조파 감속기 코봇을 위해 또는 a 로봇 암에 대한 고조파 감소기 .

정확도를 보호하는 통합 노트

마운팅면은 평평하고 동축이어야합니다. 작은 오정렬조차도 베어링을 사전로드하고 Flexspline을 왜곡하여 수명을 저하시킬 수 있습니다. 권장 볼트 토크 및 시퀀스 패턴을 사용하십시오. 가능한 경우 설비를 분리하여 하우징을 통해 외부 충격을 전송하지 마십시오. 케이블 관리의 경우, 섬세한 충돌 감지 임계 값을 가릴 수있는 추가 마찰 토크를 최소화하기 위해 Route Flex 섹션을 라우팅하십시오.

시간이 지남에 따라 백래시를 낮게 유지하는 유지 관리 관행

지정된 윤활유 및 리필 간격을 사용하십시오. 과도하거나 양립 할 수없는 그리스는 온도를 높이고 효율을 줄일 수 있습니다. 긴 사이클 동안 온도를 추적합니다. 주택이 예상보다 뜨거워지면 듀티 사이클 가정, 주변 공기 흐름 또는 비율 선택을 다시 방문하십시오. 테스트 고정물에서 정적 강성 및 위치 오류를 주기적으로 측정하십시오. 규정 준수가 증가하면 생산 품질에 영향을 미치기 전에 마모가 경고 될 수 있습니다.

통합 및하지 말아야 할 요약