Редуктор RV: Сердце промышленного робота

Редуктор RV, или редуктор с винтовым зацеплением, является ключевым компонентом во многих промышленных роботах, обеспечивая высокую точность позиционирования, плавность движения и надежность работы. Название компонента происходит от «Rotary Vane» (вращающаяся пластина), описывая принцип работы.

В данной статье мы углубимся в мир RV-редукторов, изучив их принцип работы, конструкцию и области применения в робототехнике. Кроме того, мы проведем сравнительный анализ с волновыми редукторами, которые также широко используются в промышленных роботах, чтобы выявить их отличительные особенности и области применения.

RV-редуктор — это относительно новый тип трансмиссионного механизма, который основан на традиционной планетарной зубчатой передаче. Благодаря высокой эффективности он широко используется в шарнирах промышленных роботов. Мощность сервопривода промышленного робота передается через шестерню на входном валу редуктора, что заставляет выходную зубчатую передачу вращаться, таким образом достигая цели снижения скорости. Процентное соотношение зубьев и шестерен соответствует передаточному числу.

Принцип работы

Редуктор RV, или редуктор на основе циклоидального движения, преобразует высокоскоростное вращение двигателя в низкоскоростное вращение с высоким крутящим моментом. Благодаря этому робот может выполнять плавные и точные движения с большой силой, даже при работе с тяжелыми грузами. RV-редуктор, использующий принцип планетарной зубчатой передачи, отличается компактностью и способностью передавать высокие крутящие моменты при небольших размерах. Это дает ему преимущество перед традиционными зубчатыми механизмами.

В основе работы RV-редуктора лежит взаимодействие винтовой шестерни (червяка) и зубчатого колеса (червячного колеса). Винтовая шестерня имеет зубья, расположенные по спирали, а червяк представляет собой винт с определенным шагом. При вращении червяка, его зубья зацепляются с зубьями винтовой шестерни, что приводит к передаче вращения и изменению крутящего момента. Из-за различия в форме и расположении зубьев, винтовая шестерня вращается с меньшей скоростью, чем червяк, но с увеличенным крутящим моментом.

В дополнение к этому, в RV-редукторе используется планетарная зубчатая передача. Планетарные шестерни, расположенные вокруг зубчатого колеса (червячного колеса), вращаются, передавая вращение на выходной вал редуктора.

Таким образом, RV-редуктор комбинирует две технологии: винтовую зубчатую передачу и планетарную зубчатую передачу, чтобы обеспечить высокое передаточное отношение, высокую точность позиционирования, плавность движения и высокую надежность.

Устройство

В конструкции RV-редуктора используются косозубые шестерни для уменьшения шума и повышения плавности хода. Также часто встречается использование специализированных эллиптических звёздочек, которые обеспечивают более эффективное зацепление с выходным валом, что способствует увеличению точности и надёжности работы механизма.

Основными элементами RV-редуктора являются:

Винтовая шестерня (червяк): Главный элемент, который имеет винтовую форму и вращается, передавая движение зубчатому колесу.
Зубчатое колесо: Оно имеет зубья, которые зацепляются с винтовой шестерней.
Планетарные шестерни: Расположены вокруг зубчатого колеса и вращаются вокруг него, передавая вращение на выходной вал.
Солнечная шестерня: Находится в центре и связана с входным валом.
Корпус: Обеспечивает опору для всех компонентов, герметичность и защиту от внешних факторов.
RV редукторы могут быть разных типов и размеров в зависимости от требований к роботу. При выборе следует учитывать груз, который будет поднимать робот, скорость движения и точность позиционирования.

Преимущества редукторов RV

Редукторы RV, часто используемые в робототехнике, отличаются высокой точностью и плавностью движения. Оснащённые механизмом циклоидальной передачи, они обеспечивают минимальный люфт и выдающиеся показатели жёсткости при передаче крутящего момента, что критически важно для задач, требующих высочайшей точности движений.

К тому же, редукторы RV демонстрируют внушительную надёжность и способны выдерживать значительные перегрузки без ущерба для производительности. Это делает их незаменимыми в промышленных роботах-манипуляторах, где тактильная отзывчивость и повторяемость движения являются залогом эффективной автоматизации сложных операций.

Редукторы RV предлагают уникальное сочетание преимуществ, которые делают их идеальным выбором для робототехники.

Точность позиционирования: обеспечивают прецизионное управление движениями робота, необходимое для выполнения сложных задач.
Жесткость конструкции: гарантируют минимальное отклонение во время работы, что критически важно для стабильности и точности роботизированных манипуляторов.
Высокий крутящий момент: способны передавать очень высокий крутящий момент, что позволяет использовать эти компоненты в мощных промышленных роботах.
Плавность движения: обеспечивают плавное движение без рывков и вибраций.
Компактность: Редукторы RV относительно небольшие по размеру, что позволяет использовать их в ограниченных пространствах.
Долговечность: устройства отличаются высокой надежностью и способностью выдерживать большие нагрузки при минимальном износе со временем.
Высокопроизводительная передача минимизирует потери энергии, что повышает КПД роботов и снижает энергопотребление, продлевает эксплуатационный период двигателей и повышает общую энергоэффективность робототехники.

Низкий уровень шума и вибрации делают работу робота более комфортной и безопасной как для оператора, так и для окружающей среды.

RV-редукторы подходят для непрерывной работы в системах промышленной автоматизации и обработки материалов.

Области применения в робототехнике

Редукторы RV широко применяются в различных типах промышленных роботов, включая:

Сварка: Обеспечивают точную подачу сварочной горелки.
Сборка: Используются в манипуляторах для точного позиционирования деталей.
Обработка материалов: Обеспечивают точность и плавность движения инструментов при обработке материалов.
Упаковка: Используются для точной упаковки и паллетирования продукции.
Транспорт: Применяются в роботах для перемещения грузов.
Редуктор RV — это незаменимый элемент промышленных роботов, обеспечивающий им высокую точность, надежность и длительный срок службы. Использование редукторов RV делает промышленных роботов более эффективными и производительными.

Два типа редукторов для роботов
В конструкции шарнирных промышленных роботов применение находят и RV редукторы, и волновые редукторы, известные также как гармонические. Они используются для выполнения различных задач и размещаются в отдельных элементах механизма.

Редукторы RV:
Применение: В основном используются в основных шарнирах робота, особенно в тех, где требуется высокая точность позиционирования и плавность движения. Например, в шарнирах, отвечающих за перемещение руки робота в пространстве, поворот кисти и т. д.
Преимущества: Обеспечивают высокую точность, надежность и долговечность, что важно для стабильной работы шарниров робота.
Гармонические редукторы:
Применение: Используются в дополнительных шарнирах робота, где требуется высокое передаточное отношение, компактность и легкость конструкции. Например, в шарнирах, отвечающих за движения пальцев роборуки, которые должны быть легкими и точными.
Преимущества: Обеспечивают высокое передаточное отношение, компактность, низкий уровень шума и легкость, что важно для оптимизации конструкции и движения шарниров.
Пример:

В промышленном роботе для сварки, редуктор RV может быть установлен в плечевом шарнире, обеспечивая точное и мощное перемещение руки, в то время как гармонический редуктор может быть использован в запястье, обеспечивая быстрое и точное позиционирование сварочного инструмента.

Выбор типа редуктора зависит от конкретного типа робота, его задач и требований к характеристикам шарниров. Не все шарнирные роботы используют оба типа редукторов, выбор зависит от конкретной модели и ее предназначения.

В целом, редукторы RV и гармонические редукторы являются важными компонентами шарнирных роботов, которые обеспечивают точность, мощность и гибкость движений, позволяя роботам выполнять различные задачи в разных сферах применения.

Сравнение RV и волнового редуктора
Вопрос о различиях между редукторами RV и гармоническими редукторами поднимает ряд значимых технических аспектов. Редукторы RV, также известные как винтовые циклоидальные редукторы, используют комплексную систему эксцентриков и циклоидных дисков для передачи крутящего момента, что обеспечивает высокую удельную нагрузку и способность выдерживать ударные нагрузки. Волновые редукторы функционируют на принципе эластичной деформации флекс-шпона — тонкой стальной ленты с зубьями по краю, что позволяет им достигать исключительно высокой точности позиционирования и минимального люфта при передаче движения.

Важно отметить также различия в коэффициентах полезного действия: если для RV редукторов он колеблется в пределах 90−95%, то гармонический редуктор может достигать более 80%, однако его конструкция способствует существенному снижению веса и размера устройства. Выбор между этими типами редукторов часто определяется особенностями применения, необходимостью точности движений или жесткости системы, а также требованиями к размерам и массе конечного оборудования.

Редуктор RV:
Принцип работы: Использует зацепление между винтовой шестерней и червяком для передачи вращения.
Преимущества: Высокая точность позиционирования, плавность движения, высокая надежность, долговечность.
Недостатки: Относительно низкая мощность, ограничения по передаточному отношению.
Применение: Точные системы позиционирования в робототехнике, манипуляторы, сварочные роботы.

Волновой редуктор:
Принцип работы: Использует гибкий вал (гармонический вал) и жесткий вал (генераторная шестерня) для передачи вращения.
Преимущества: Очень высокое передаточное отношение (до 100:1 и более), компактные размеры, легкий вес, низкий уровень шума.
Недостатки: Ограничения по мощности, повышенная стоимость, чувствительность к перегрузкам.
Применение: Прецизионные системы позиционирования, роботы с высокой степенью свободы, роботизированные руки, медицинское оборудование.

Таблица основных отличий: на UnitMC.