Harmonic Drive กับ Planetary Gearbox: ข้อใดชนะข้อต่อแขนหุ่นยนต์ SCARA

แขนหุ่นยนต์ SCARA ขนาดกะทัดรัดซึ่งทำหน้าที่หยิบและวางตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันที่รอบเวลา 0.4 วินาที โดยมีน้ำหนักบรรทุก 2 กก. และการทำงานต่อเนื่อง 3,000 ชั่วโมง ทำให้การตัดสินใจร่วมกันของตัวลดขนาดมีความสำคัญทางธุรกิจ ที่แกนไหล่ ซึ่งมวลแขนและน้ำหนักบรรทุกที่รวมกันทำให้เกิดช่วงเวลาสูงสุด ฮาร์มอนิกไดรฟ์เทียบกับกระปุกเกียร์ดาวเคราะห์ ตัวเลือกจะกำหนดความสามารถในการทำซ้ำ ช่วงเวลาการบำรุงรักษา และราคารวมต่อแกน

สิ่งที่ SCARA ต้องการร่วมกันจากตัวลด

ข้อต่อ SCARA มีขอบเขตการดำเนินงานที่แคบแต่มีงบประมาณที่ยอมรับได้จำกัด ก่อนที่จะเปรียบเทียบการออกแบบฮาร์มอนิกและดาวเคราะห์ ให้กำหนดข้อกำหนดที่ไม่สามารถต่อรองได้สามประการ: ความสามารถในการทำซ้ำของตำแหน่ง ความแข็งของโมเมนต์ และแรงบิดโมเมนต์สูงสุด

• ฟันเฟือง: 0.1 ถึง 0.3 arcmin สำหรับข้อศอกและข้อมือ, 0.5 ถึง 1 arcmin สำหรับไหล่
• ความแข็ง: ความแข็งแบบบิดจะต้องต้านทานโหมดการสั่นสะเทือนที่ขยายความยาวแขน
• อัตราส่วนความเฉื่อย: ความเฉื่อยของโรเตอร์ตัวลดและความเฉื่อยของแขนสะท้อนส่งผลต่อการปรับจูนเซอร์โว
• รอบการทำงาน: ข้อต่อ SCARA ส่วนใหญ่ดำเนินการ 1 ถึง 2 ล้านรอบต่อปีโดยไม่มีช่วงเวลาบำรุงรักษา

ฮาร์มอนิกไดรฟ์ กับ กระปุกเกียร์ดาวเคราะห์: ที่ Harmonic ชนะ

สำหรับแกนข้อศอกและข้อมือ ไดรฟ์ฮาร์มอนิกจะให้ระยะฟันเฟืองต่ำสุดที่สามารถทำได้ในยูนิตแบบขั้นตอนเดียว ร่องฟันด้านนอกที่ยืดหยุ่นหรือ flexspline จะเสียรูปเพื่อรักษาการสัมผัสกับร่องฟันวงกลม ทำให้ฟันเฟืองเกือบเป็นศูนย์โดยไม่มีระบบพรีโหลด

ชุดลดเกียร์แบบยืดหยุ่น BSHF ซีรี่ส์สำหรับข้อต่อฟันเฟืองต่ำ ออกแบบมาให้มีเพลากลวงขนาดใหญ่และตัวเครื่องกะทัดรัด ตัวลดนี้ให้แรงบิดและความแข็งแกร่งสูงในขณะที่ลดน้ำหนัก ทำให้เหมาะสำหรับแขนหุ่นยนต์น้ำหนักเบาและข้อต่อที่มีความแม่นยำ ดูผลิตภัณฑ์ →

ไดรฟ์ฮาร์มอนิกยังเป็นวิธีที่เบาที่สุดในการลดขนาดซองขนาดเล็กลงอย่างมาก สเตจเดียวจะให้ 50:1 ถึง 160:1 ซึ่งกำจัดสายพานรองหรือสเตจเกียร์ สำหรับ SCARA ที่มีน้ำหนักบรรทุก 2 กก. แกนข้อศอกจะมองเห็นโหลดแรงกระแทกเพียงเล็กน้อย ดังนั้นขีดจำกัดความเมื่อยล้าของเฟล็กสไปน์จึงไม่ใช่ปัจจัยจำกัดในการทำงานที่กำหนด

ในกรณีที่ไดรฟ์ฮาร์มอนิกต้องดิ้นรนคือแกนไหล่ใน SCARA ที่มีน้ำหนัก 10 กก. ขึ้นไป ชุดประกอบดิ้นและแบริ่งแบบชิ้นเดียวมีความทนทานต่อแรงกระแทกต่ำกว่าชุดเกียร์ดาวเคราะห์ที่แข็งตัว โหลดเดือยจากการตรวจจับการชนหรือการใช้เครื่องมือปลายแขนกลความเร็วสูงอาจเกินพิกัดแรงบิดของเฟล็กสป์ไลน์ และทำให้เกิดการเซ็ตตัวถาวร

ที่ที่กระปุกเกียร์ของดาวเคราะห์เอาชนะไดรฟ์ฮาร์มอนิก

กระปุกเกียร์ดาวเคราะห์ชนะแกนไหล่ของหุ่นยนต์ SCARA ที่มีขนาดใหญ่กว่า เนื่องจากหุ่นยนต์เหล่านี้จัดการกับแรงบิดและแรงกระแทกสูงด้วยการจัดเรียงเกียร์แบบแยกโหลด เฟืองดาวเคราะห์หลายตัวจะรับน้ำหนักร่วมกัน ดังนั้นแรงบิดสูงสุดจึงกระจายไปตามจุดสัมผัสของฟันหลายจุด

ตัวลดเกียร์ดาวเคราะห์ AHB พร้อมฟันเฟืองต่ำและแรงบิดสูง โดดเด่นด้วยเฟืองเกลียวแบบแข็งและแบบกราวด์ ตัวลดนี้ให้การทำงานที่ราบรื่น เงียบ และมีความแข็งแกร่งสูง ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแกนไหล่ที่รับภาระหนักและการกลับตัวบ่อยครั้ง ดูผลิตภัณฑ์ →

ตัวลดดาวเคราะห์ที่มีความแม่นยำในระดับ AHB โดยทั่วไปจะมีระยะฟันเฟือง 1 ถึง 3 อาร์มินในรุ่นความแม่นยำมาตรฐาน และ 0.5 ถึง 1 อาร์มินพร้อมแบริ่งเอาท์พุตที่โหลดไว้ล่วงหน้า ผ่านการชุบแข็งและการเจียร ขอบฟันเฟืองจะต้านทานการเกิดรูพรุนที่พื้นผิว แม้ว่าจะกลับด้านการสตาร์ท-สต็อปบ่อยครั้งก็ตาม ตัวลดดาวเคราะห์ที่มีความแม่นยำสำหรับข้อต่อหุ่นยนต์ เห็นเงื่อนไขดังกล่าวเป็นประจำ

สารละลายพรีโหลดต่ำสุดหรือแหวนรองตลับลูกปืนในหน่วยดาวเคราะห์สมัยใหม่สามารถทำให้เกิดการเบี่ยงเบนหนีศูนย์ได้ต่ำกว่า 0.1 มม. อย่างไรก็ตาม ระยะห่างด้านข้างด้านในหมายถึงระยะฟันเฟืองที่วัดได้ที่เอาท์พุตแทบจะไม่ต่ำกว่า 0.5 อาร์คมินเลย หากไม่มีเบรกที่ซับซ้อนหรือสเตจดูอัลไดรฟ์

การเปรียบเทียบโดยตรง: ประสิทธิภาพของฮาร์มอนิกไดรฟ์กับกระปุกเกียร์ดาวเคราะห์

ตารางด้านล่างสรุปตัวชี้วัดที่เกี่ยวข้องมากที่สุดสำหรับการเลือกข้อต่อ SCARA

ความแตกต่างทางโครงสร้างที่สำคัญ: ไดรฟ์ฮาร์มอนิกอาศัยการโก่งตัวของเฟล็กสไปลน์เพื่อสร้างหน้าสัมผัสเฟือง และโหลดจะถูกลำเลียงไปโดยสไปลน์แบบวงกลมและเฟล็กซ์สไปลน์ไปพร้อมๆ กัน กระปุกเกียร์ดาวเคราะห์ใช้ดาวเคราะห์ที่เหมือนกันสามหรือสี่ดวงในการกระจายโหลด ดังนั้นการโอเวอร์โหลดชั่วขณะจึงช่วยชดเชยได้มากขึ้น

ประสิทธิภาพ การอุ่นเครื่อง และปฏิสัมพันธ์ของเซอร์โวภายใต้หน้าที่ต่อเนื่อง

ไดรฟ์ฮาร์มอนิกให้ประสิทธิภาพ 60 ถึง 75 เปอร์เซ็นต์ที่อัตราส่วน 50:1 ในขณะที่กระปุกเกียร์ดาวเคราะห์โดยทั่วไปจะสูงถึง 90 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ที่อัตราส่วนเอาท์พุตเดียวกัน ความแตกต่างจะแสดงเป็นการสร้างความร้อนในการทำงาน SCARA ต่อเนื่อง เซอร์โวมอเตอร์จะต้องจ่ายกระแสไฟพิเศษเพื่อเอาชนะแรงบิดที่ไม่มีโหลดที่สูงขึ้นของตัวลดฮาร์มอนิกที่เหลือ ซึ่งส่งผลต่ออัตราขยายของตัวควบคุมและอาจทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของความร้อนในแขนขนาดกะทัดรัด

ZHEJIANG BEITTO TRANSMISSION TECHNOLOGY CO., LTD. ซึ่งสร้างขึ้นภายใต้แบรนด์ BEITTO ได้พบเห็นโหมดความล้มเหลวนี้ซ้ำแล้วซ้ำเล่าในสนาม: ข้องอที่ขับเคลื่อนด้วยฮาร์มอนิกซึ่งสูญเสียความแม่นยำของตำแหน่งหลังจากสองกะวัน เนื่องจากอุณหภูมิของขดลวดเซอร์โวเพิ่มขึ้น 15 องศาเซลเซียส เหนือค่าที่กำหนด ตัวลดดาวเคราะห์ซึ่งมีการสูญเสียองค์ประกอบการหมุนที่ง่ายกว่า ยังคงความเย็นภายใต้รอบการทำงานเดียวกัน

กรอบการตัดสินใจสำหรับผู้สร้างหุ่นยนต์ SCARA

เลือกประเภทตัวลดโดยใช้กระบวนการประเมินห้าขั้นตอน

1. กำหนดงบประมาณความสามารถในการทำซ้ำร่วมกันจากเอกสารข้อมูลจำเพาะผลิตภัณฑ์ SCARA
2. คำนวณแรงบิดสูงสุดและแรงบิดต่อเนื่องจากการเลือกมอเตอร์และแบบจำลองไดนามิกของแขน
3. วัดค่าความแข็งส่วนขอบเทียบกับความยาวแขน
4. จับคู่อัตราส่วนการลดกับความเร็วรอบต่อนาทีและหน้าต่างแรงบิดของเซอร์โวมอเตอร์
5. เปรียบเทียบพิกัดการรับแรงกระแทกสำหรับเครื่องมือปลายแขนเฉพาะและกลยุทธ์การหลีกเลี่ยงการชน

กฎทั่วไปจากภาคสนาม: หากแรงบิดของแกนบ่าเกิน 40 นิวตันเมตร และหุ่นยนต์ไม่ได้ใช้งานในห้องคลีนรูมที่เข้มงวด ตัวเลือกดาวเคราะห์คือตัวเลือกการออกแบบที่ปลอดภัยกว่า สำหรับ SCARA ระดับน้ำหนักบรรทุก 5 กก. ฮาร์โมนิคไดรฟ์ที่ข้อศอกและข้อมือช่วยให้แขนเบากว่าและเรียบง่ายกว่าและมีระยะการเปลี่ยนเกียร์น้อยลง

ซีรีส์ TD-CR สับเปลี่ยนเกียร์เอียงแบบเกลียวพร้อมเอาต์พุตเพลากลวง ตัวลดนี้มีการออกแบบเพลากลวงสำหรับการกำหนดเส้นทางที่ยืดหยุ่น และให้การส่งกำลังที่ราบรื่นและมีประสิทธิภาพพร้อมแบ็คแลชต่ำและแรงบิดสูง รองรับการกำหนดค่าแบบหลายแกนในระบบขนาดกะทัดรัด ดูผลิตภัณฑ์ →

ผู้ประกอบระบบจำนวนมากในจีนและยุโรปสร้างสถาปัตยกรรม SCARA แบบไฮบริด ได้แก่ ตัวลดดาวเคราะห์บนไหล่ ไดรฟ์ฮาร์มอนิกสองตัวที่ข้อศอกและข้อมือ วิธีการนี้จะทำให้น้ำหนักของแขนลดลงในขณะที่ยังคงรักษาแรงบิดส่วนหัวที่ไหล่ไว้ ตัวลดหลายเอาต์พุตอินพุตเดี่ยวซีรีส์ TDCR ยังสามารถให้บริการโมดูลแบบหลายแกน ช่วยลดจำนวนส่วนประกอบในแขนหุ่นยนต์ขนาดกะทัดรัด

คำถามที่พบบ่อย: Harmonic Drive กับ Planetary Gearbox สำหรับ SCARA