Harmonic Drive vs riduttore epicicloidale: quali vantaggi per i giunti dei bracci robotici SCARA?

Un braccio robotico SCARA compatto che esegue operazioni di pick-and-place 24 ore su 24, 7 giorni su 7 con un tempo di ciclo di 0,4 s, con un carico utile di 2 kg e 3.000 ore di funzionamento continuo, rende la decisione del riduttore al giunto fondamentale per l'azienda. Sull'asse della spalla, dove la massa del braccio e il carico utile combinati creano il momento più alto, il azionamento armonico vs riduttore epicicloidale la scelta determina la ripetibilità, gli intervalli di manutenzione e il costo totale per asse.

Cosa richiede un giunto SCARA da un riduttore

Un giunto SCARA ha un volume operativo ristretto ma un budget di tolleranza ristretto. Prima di confrontare i progetti armonici e planetari, definire i tre requisiti non negoziabili: ripetibilità di posizionamento, rigidità del momento e coppia momentanea di picco.

• Gioco: da 0,1 a 0,3 arcmin per gli assi del gomito e del polso, da 0,5 a 1 arcmin per la spalla.
• Rigidità: la rigidità torsionale deve resistere alle modalità di vibrazione amplificate lungo la lunghezza del braccio.
• Rapporto di inerzia: l'inerzia del rotore del riduttore e l'inerzia del braccio riflesso influiscono sulla regolazione del servo.
• Ciclo di lavoro: la maggior parte dei giunti SCARA esegue da 1 a 2 milioni di cicli all'anno senza finestre di manutenzione.

Guida armonica vs riduttore epicicloidale: dove vince Harmonic

Per gli assi del gomito e del polso, un azionamento armonico fornisce il gioco più basso ottenibile in un'unità a stadio singolo. La scanalatura esterna flessibile, o flexspline, si deforma per mantenere il contatto con la scanalatura circolare, fornendo un gioco quasi nullo senza un sistema di precarico.

Riduttore flessibile serie BSHF per giunti a gioco ridotto Progettato con un albero cavo di grandi dimensioni e un corpo compatto, questo riduttore offre coppia e rigidità elevate riducendo al minimo il peso, rendendolo ideale per bracci robotici leggeri e giunti di precisione. Visualizza il prodotto →

Gli azionamenti armonici rappresentano anche il modo più leggero per ottenere un'elevata riduzione in un ingombro ridotto. Un singolo stadio fornisce da 50:1 a 160:1, eliminando uno stadio secondario a cinghia o ingranaggio. Per uno SCARA con carico utile di 2 kg, l'asse del gomito subisce carichi d'urto trascurabili, quindi il limite di fatica del flexspline non è un fattore limitante in servizio nominale.

Il punto in cui la spinta armonica fatica è l'asse delle spalle in uno SCARA da 10 kg o più. Il gruppo flexspline e cuscinetto in un unico pezzo ha una tolleranza agli urti inferiore rispetto a un set di ingranaggi planetari temprato. I picchi di carico derivanti dal rilevamento delle collisioni o dagli utensili all'estremità del braccio ad alta velocità possono superare la capacità di coppia del flexspline e causare un set permanente.

Dove i riduttori epicicloidali battono gli azionamenti armonici

I riduttori epicicloidali vincono l'asse della spalla dei robot SCARA più grandi perché gestiscono coppie elevate e carichi d'urto con una disposizione degli ingranaggi a carico suddiviso. Diversi ingranaggi planetari condividono il carico, quindi la coppia di picco è distribuita su molti punti di contatto dei denti.

Riduttore epicicloidale AHB con gioco ridotto e coppia elevata Dotato di ingranaggi elicoidali temprati e rettificati, questo riduttore offre un funzionamento regolare, silenzioso e un'elevata rigidità, rendendolo adatto per assi a spalla che gestiscono carichi pesanti e inversioni frequenti. Visualizza il prodotto →

I riduttori epicicloidali di precisione della classe AHB offrono generalmente un gioco da 1 a 3 arcmin nelle versioni di precisione standard e da 0,5 a 1 arcmin con un cuscinetto di uscita precaricato. Attraverso l'indurimento e la rettifica, i fianchi dei denti degli ingranaggi resistono alla vaiolatura superficiale anche in caso di frequenti inversioni di avvio-arresto. Riduttori epicicloidali di precisione per giunti robot vedere regolarmente tali condizioni.

Il precarico minimo o la soluzione con rondella del cuscinetto nelle moderne unità planetarie può portare il runout inferiore a 0,1 mm. Tuttavia, i giochi interni sui fianchi indicano che il gioco misurato in uscita non è quasi mai inferiore a 0,5 arcmin senza un freno sofisticato o uno stadio a doppio comando.

Confronto diretto: prestazioni della trasmissione armonica e del riduttore epicicloidale

La tabella seguente riassume i parametri più rilevanti per la selezione del giunto SCARA.

Un'importante differenza strutturale: gli azionamenti armonici si basano sulla deflessione del flexspline per generare il contatto degli ingranaggi e il carico viene trasportato simultaneamente dalla spline circolare e dal flexspline. I riduttori epicicloidali utilizzano tre o quattro pianeti identici per distribuire il carico, quindi un sovraccarico momentaneo è più tollerante.

Efficienza, riscaldamento e interazione dei servi in servizio continuo

Gli azionamenti armonici offrono un'efficienza dal 60 al 75% con un rapporto 50:1, mentre i riduttori epicicloidali raggiungono comunemente dal 90 al 95% con lo stesso rapporto di uscita. La differenza si manifesta come generazione di calore nelle operazioni SCARA a servizio continuo. Il servomotore deve fornire corrente extra per superare la coppia a vuoto più elevata di un riduttore di armoniche a riposo, che influisce sul guadagno del controller e può causare una deriva termica in un braccio compatto.

ZHEJIANG BEITTO TRANSMISSION TECHNOLOGY CO., LTD., che costruisce con il marchio BEITTO, è stato ripetutamente testimone di questa modalità di guasto sul campo: un gomito guidato da armoniche che perde la precisione della posizione dopo una giornata di due turni perché la temperatura dell'avvolgimento del servo aumenta di 15 gradi Celsius sopra quella nominale. I riduttori planetari, con le loro perdite sugli elementi volventi più semplici, rimangono più freddi durante lo stesso ciclo di lavoro.

Quadro decisionale per i costruttori di robot SCARA

Seleziona il tipo di riduttore implementando un processo di valutazione in cinque fasi.

1. Definire il budget di ripetibilità congiunta dalla scheda delle specifiche del prodotto SCARA.
2. Calcola la coppia di picco e continua dalla selezione del motore e dal modello dinamico del braccio.
3. Misurare il requisito di rigidità marginale rispetto alla lunghezza del braccio.
4. Abbinare il rapporto di riduzione al numero di giri nominale del servomotore e alla finestra di coppia.
5. Confrontare il coefficiente di carico d'urto per lo specifico utensile all'estremità del braccio e la strategia di prevenzione delle collisioni.

Una regola comune sul campo: se la coppia dell'asse della spalla supera i 40 Nm e il robot non esegue un'applicazione rigorosa in camera bianca, l'opzione planetaria è la scelta di progettazione più sicura. Per uno SCARA di classe di carico utile di 5 kg, le trasmissioni armoniche sul gomito e sul polso offrono un braccio più leggero e semplice con meno stadi di trasmissione.

Commutatore per ingranaggi conici a spirale serie TD-CR con uscita ad albero cavo Questo riduttore presenta un design ad albero cavo per un percorso flessibile e fornisce una trasmissione di potenza fluida ed efficiente con gioco ridotto e coppia elevata, supportando configurazioni multiasse in sistemi compatti. Visualizza il prodotto →

Molti integratori in Cina e in Europa costruiscono architetture SCARA ibride: un riduttore planetario sulla spalla, due azionamenti armonici sul gomito e sul polso. Questo approccio mantiene basso il peso del braccio preservando il margine di torsione sulla spalla. Il riduttore a uscita multipla a ingresso singolo della serie TDCR può anche servire moduli multiasse, riducendo il numero di componenti in un braccio robotico compatto.

Domande frequenti: Harmonic Drive e riduttore epicicloidale per SCARA