Редукторы в робототехнике: основные типы и их применение

Три вида редукторов, широко используемых в промышленных роботах

При обсуждении промышленных роботов нельзя обойти стороной важный компонент — редуктор. Поскольку рабочая среда и требования к производительности промышленных роботов различны, типы редукторов также отличаются. В этой статье мы рассмотрим наиболее распространенные типы редукторов, используемых в промышленных роботах.

Промышленные роботы, как правило, выполняют повторяющиеся операции для завершения одного и того же процесса. Чтобы обеспечить надежное выполнение задачи и высокое качество, предъявляются высокие требования к точности позиционирования робота во время работы. Поэтому использование редуктора для повышения и обеспечения точности промышленных роботов является необходимым.

Какие же типы редукторов наиболее распространены в промышленных роботах? Каковы преимущества и недостатки каждого из них?

Редукторы для промышленных роботов

Редукторы являются ключевыми компонентами в робототехнике, обеспечивая точность и надежность движений механизмов. Среди основных типов редукторов стоит выделить RV, волновые (чаще их называют гармоническими) и планетарные.

RV-редукторы известны своей способностью передавать крутящий момент при очень низком люфте, что делает их идеальными для применения в высокоточных промышленных роботах.
Волновые (гармонические) типы используют уникальный принцип эластичной деформации для достижения минимального бэклеша, что также предпочтительно в сценариях, требующих высокой точности.
Планетарные устройства отличаются своей компактностью и способностью работать при значительных нагрузках благодаря распределению крутящего момента через несколько зубчатых колес.
Каждый инженер в области робототехники должен хорошо понимать характеристики этих трёх типов редукторов для правильного выбора в соответствии с задачами конкретной системы или проекта.

RV, гармонический, планетарный: типы редукторов для промышленных роботов
1. RV-редуктор
RV-редуктор — это конструкция механизма передачи, основанная на традиционной планетарной зубчатой передаче. Благодаря высокой эффективности он получил широкое распространение в сочленениях промышленных роботов. Мощность серводвигателя робота передается шестерней на входном валу редуктора, в результате чего большая зубчатая шестерня на выходном валу вращается, что приводит к снижению скорости. Отношение количества зубьев шестерен определяет степень понижения скорости.

RV-редукторы, известные своей высокой точностью, нашли широкое применение в роботах для сварки, где точность позиционирования имеет решающее значение для получения качественного шва. Высокая износостойкость позволяет работать без сбоев в течение длительного времени даже при интенсивном использовании.

RV-редуктор часто встречается в роботах для сварки, сборки, обработки материалов, а также в роботах для паллетирования, где требуется высокое качество позиционирования.

Преимущества и недостатки
Данный тип промышленного компонента является одним из наиболее востребованных устройств в прецизионных механизмах и робототехнике за счёт высокой точности позиционирования и компактности.

Одно из главных преимуществ данного типа редуктора заключается в способности передавать большой крутящий момент при относительно небольших размерах, что делает его идеальным для использования в условиях ограниченного пространства. К тому же, RV-редуктор обладают высокой надежностью благодаря минимальному количеству контактных поверхностей зубьев зубчатых колес, что значительно снижает вероятность истирания и повышает срок службы агрегата.

Однако, несмотря на эти достоинства, стоит отметить и некоторые недостатки: например, сложность производства зубчатых колёс RV-редукторов увеличивает их стоимость по сравнению с традиционными планетарными передачами. Также требуется более точное обслуживание для поддержания высоких эксплуатационных характеристик. Из-за особенностей конструкции может возникать сложность при диагностике неисправностей без специализированного оборудования.

Несмотря на это, инновационный потенциал RV-редукторов продолжает привлекать разработчиков самых передовых технических систем.

1. Гармонический редуктор
   Гармонический редуктор — тип механизма передачи в зубчатых редукторах, который обычно используется в промышленных роботах с минимальной нагрузкой. Модель, состоящая из гибкого колеса и жесткого зубчатого колеса, обеспечивающая генерацию волны, имеет более высокую эффективность, чем модель с гибким колесом. Гармонический редуктор имеет значительные преимущества: малые размеры, небольшое количество деталей, высокая степень понижения (50−4000%), высокий КПД (92−96%).
   
   

Гармонические редукторы часто используются в роботах с ограниченным пространством, например, в роботах для сборки электроники, где требуется высокая точность и минимальные габариты.

Волновой тип редукторов применяется в роботах для сборки, обработки материалов, в роботах для паллетирования, а также в оборудовании для работ в ограниченном пространстве.

Преимущества и недостатки
Гармонический редуктор, известный также как волновой редуктор, является высокоточным механизмом, используемым в самых различных областях промышленности благодаря своей способности передавать движение с минимальными уровнями люфта и очень высокой кинематической точностью.

Одним из главных преимуществ таких редукторов является компактность и высокий коэффициент передачи при относительно небольших размерах. Также они обладают низким уровнем шума и долгим сроком службы за счет малого количества движущихся частей.

В то же время, одним из серьезных недостатков гармонических редукторов является ограничение по передаваемому крутящему моменту: при перегрузке элементы редуктора могут быстро изнашиваться или повредиться. К тому же высокая степень точности производства этих компонентов подразумевает более высокую цену по сравнению с другими типами редукторов.

Почему волновые редукторы часто называют гармоническими?
Волновые редукторы называют гармоническими по нескольким причинам, связанным с особенностями их конструкции и принципа работы.

Принцип работы: Гармонические редукторы используют волновое движение, известное как «гармоническое» — это означает, что в процессе передачи вращательного момента происходит искажение формы гибкого элемента. Гибкое колесо (или волновое колесо) плавно изгибается, создавая волну, которая передает движение на жесткое зубчатое колесо. Это движение можно описать как гармоническое, так как оно совпадает с волновыми свойствами.
Гармонические функции: В физике и математике «гармоника» часто описывает колебательные движения и волновые процессы. Из-за этого в терминологии технических дисциплин слово «гармонический» употребляется для описания систем, работающих на основе волновых эффектов.
Компактность и высокое КПД: Гармонический редуктор обладает уникальной конструкцией, позволяющей добиться высокой степени редукции и маленьких размеров. Это делает его популярным в робототехнике и других областях, где важны компактность и эффективность. Название «гармонический» подчеркивает их адаптивность и эффективность, что соответствует общей идее гармонии в дизайне и функционале.
Таким образом, название «гармонический редуктор» связано как с физическими принципами, лежащими в основе его работы, так и с особенностями конструкции, позволяющими достичь высокой эффективности в ограниченном пространстве.

1. Планетарный редуктор
   Планетарный редуктор — механизм, где несколько планетарных колес вращаются вокруг центрального «солнечного» колеса. Планетарный редуктор, также известный как планетарная коробка передач, используется для снижения скорости двигателя и увеличения крутящего момента в промышленных роботах.
   
   

Принцип работы планетарного редуктора: когда «солнечное» колесо вращается под действием двигателя, планетарные колеса начинают вращаться. Одновременно, другая сторона планетарных колес взаимодействует с внутренним кольцом и зубчатой ​​шестерней на внутренней стенке корпуса. Планетарные колеса могут вращаться относительно внутреннего кольца и шестерни, двигаясь в направлении вращения «солнечного» колеса. Это приводит к вращению внутреннего кольца и зубчатой ​​шестерни вокруг «солнечного» колеса.

Планетарные типы редукторов, известные своей прочностью и надежностью, используются в роботах для подъема тяжелых грузов, например, в роботах для складирования, где требуется высокая мощность и надежность. Применение эти компоненты нашли и в роботах для сварки, обработки материалов, в роботах для покраски.

Преимущества и недостатки
Планетарные редукторы, благодаря своей уникальной конструкции, в которой центральное солнечное колесо соединяется с планетарными шестернями, обеспечивают высокую передаточную отношение на компактном пространстве. Это дает им значительное преимущество по сравнению с другими типами редукторов: возможность передачи большого крутящего момента при относительно небольших габаритах и массе. Они также проявляют повышенную надежность и изнашиваются медленнее за счет равномерного распределения нагрузки между несколькими планетами. Имеют хороший коэффициент полезного действия и способны работать в различных температурных условиях.

Однако у планетарных редукторов есть и некоторые недостатки: сложность изготовления, что может повлиять на стоимость; более высокие требования к точности изготовления для обеспечения правильной работы всех элементов; а также потребность в строгом поддержании чистоты (засорение может вызывать быстрый выход из строя). Также они требуют использования качественного смазочного материала и регулярного технического обслуживания для долгосрочной эксплуатации.

Мы рассмотрели основные на сегодняшний день типы редукторов, которые встречаются в робототехнике. Выбор подходящего типа редуктора зависит от конкретных требований к промышленному роботу, таких как нагрузка, скорость, точность позиционирования и требования к пространству.