Els robots industrials són una perla brillant a l'era industrial moderna, il·luminant el camí eficient de la producció empresarial moderna i potenciant contínuament la reducció de costos i la millora de l'eficiència en el procés de producció industrial. Què dota els robots industrials d'habilitats sobrehumanes i dóna suport al seu funcionament eficient? Aquest és un sistema complex que requereix capes de desxifrat.
Avui, anem a explorar un dels components bàsics dels robots industrials: el reductor harmònic. Els reductors harmònics tenen un paper similar al sistema articular humà i són els components bàsics per aconseguir un moviment efectiu i un control precís dels robots industrials. El reductor harmònic és un terme comú per a l'accionament d'engranatges harmònics. Els dispositius de transmissió d'engranatges harmònics es poden utilitzar tant per a la desacceleració com per a l'acceleració, però a causa de la seva gran relació de transmissió (generalment 50-160), sovint s'utilitzen per a la desacceleració en robots industrials, màquines eina CNC i altres productes electromecànics, i s'anomenen habitualment reductors harmònics.
A l'estructura del cos humà, el sistema articular és la part que connecta els ossos, permetent als humans realitzar diversos moviments i accions flexibles. El sistema articular pot girar i moure els ossos sota l'acció dels músculs, permetent al cos humà realitzar moviments complexos com caminar, córrer, aixecar peses, etc. El sistema articular té un paper en la transmissió i la desacceleració durant el moviment humà, permetent al cos humà completar de manera eficient diverses tasques.
De la mateixa manera, els reductors harmònics tenen un paper similar en els robots industrials. És equivalent al "sistema d'articulació" del robot, connectant diversos components del robot, permetent al robot completar moviments i accions amb alta precisió i eficiència. Els reductors harmònics proporcionen una transmissió de desacceleració precisa, de la mateixa manera que el sistema articular humà aconsegueix la rotació i el moviment dels ossos, permetent als robots industrials posicionar, muntar i moure amb precisió i eficàcia. L'estructura compacta i la capacitat de transmissió de parell elevat dels reductors harmònics, com la flexibilitat i la força del sistema d'articulació humana, permeten que els robots s'adaptin a diferents entorns de treball i s'ocupin de diverses tasques.
El reductor d'harmònics es compon principalment de tres components bàsics: roda rígida, roda flexible i generador d'harmònics. Una de la roda rígida, la roda flexible i el generador d'harmònics es poden fixar arbitràriament, mentre que els altres dos components es poden connectar a l'entrada (actiu) i l'altre es pot utilitzar com a sortida (passiu) per aconseguir desacceleració o acceleració.
1. Spline circular: un disc metàl·lic llis amb un nombre fix de dents. La roda rígida sol estar engranada amb les dents exteriors de l'engranatge flexible, que juga un paper en la transmissió del parell i augmenta la rigidesa de sortida del reductor.
2. FlexSpline: Els engranatges flexibles són un dels components bàsics dels reductors harmònics, fets de metall tou o materials elàstics. Normalment és un engranatge corrugat sense nombre fix de dents. Els engranatges flexibles poden patir una deformació elàstica sota l'acció de la força, utilitzada per transmetre el parell i aconseguir la desacceleració.
3. Generador d'ones: component clau que genera deformacions en reductors harmònics. Consta d'un o més eixos, lleves i corrons excèntrics. Quan l'eix d'entrada gira, la lleva i els rodets del generador d'harmònics pateixen deformacions periòdiques, fent que les ondulacions de l'engranatge flexible es torcin i es deformin.
Com la combinació d'aquests tres components bàsics genera velocitat variable? Quan es tracta de la construcció i el principi de funcionament dels reductors harmònics, podem utilitzar equips de diversió balancí com a exemple visual per explicar.
Imagineu-vos que jugueu a un balancí al parc. El balancí consta de dos taulers, un tauler té un seient per seure, i l'altre tauler té un seient per a un amic. El vostre objectiu és transmetre el poder entre ells a través d'un balancí, deixant-se pujar o baixar mútuament.
1. Els engranatges flexibles són com els balancins: en els reductors harmònics, els engranatges flexibles actuen com els balancins. Està fet de materials tous, igual que el tauler d'un balancí. Els engranatges flexibles estan connectats a l'eix d'entrada i a l'eix de sortida i transmeten la potència de l'eix d'entrada a l'eix de sortida.
2. La roda rígida és com el teu amic: En un reductor harmònic, la roda rígida és com el teu amic assegut en un altre tauler. Una roda rígida és un component metàl·lic en forma de disc- amb un nombre fix de dents. S'engrana amb les dents exteriors de l'engranatge flexible, igual que tu i els teus amics asseguts als dos extrems d'un balancí.
3. El generador d'harmònics és com la teva acció: el generador d'harmònics és com la teva acció en un balancí. Quan tu i el teu amic alterneu el moviment del balancí amunt i avall, el balancí experimenta una deformació periòdica, similar a la deformació causada per la lleva i el rodet d'un generador d'harmònics.
Mitjançant l'ús d'un generador d'harmònics per induir la deformació periòdica de l'engranatge flexible, la forma de l'engranatge flexible canvia periòdicament i engrana amb les dents internes de la roda rígida. D'aquesta manera, les vostres accions sobre el balancí (deformació del generador d'harmònics) es transmetran a l'altra part (engranatge flexible), aconseguint així l'equilibri i la transmissió de potència del balancí, de la mateixa manera que el reductor harmònic aconsegueix la desacceleració i la transmissió del parell de l'eix d'entrada a l'eix de sortida.
En els reductors harmònics, la deformació generada pel generador d'harmònics també fa que la forma de l'engranatge flexible canviï periòdicament i s'embolica amb les dents internes de la roda rígida. D'aquesta manera, el moviment de rotació de l'eix d'entrada (com la velocitat del motor) es transmetrà a l'engranatge flexible i l'engranatge entre l'engranatge flexible i la roda rígida aconsegueix la desacceleració i la transmissió del parell de l'eix de sortida. Aquest procés de deformació i engranatge aconsegueix la transmissió i el canvi de poder, igual que les accions de tu i dels teus amics en un balancí aconsegueixen la transmissió i el canvi de poder.
El principi de velocitat variable del reductor harmònic és la deformació periòdica generada pel generador d'harmònics, que canvia la forma de l'engranatge flexible, aconseguint així una transmissió de parell i un efecte de velocitat variable des de l'eix d'entrada a l'eix de sortida.
No es pot subestimar el paper dels reductors harmònics en els robots industrials, ja que tenen un paper important en els robots industrials.
1. Transmissió de desacceleració precisa
Els robots industrials requereixen un control de posició i moviment d'alta-precisió per aconseguir tasques de treball precises. Els reductors harmònics tenen característiques de transmissió d'alta-precisió i poden proporcionar relacions de reducció precises, fent que els moviments del robot siguin més suaus i precisos.
2. Alta capacitat de transmissió de parell
Els robots industrials solen gestionar grans càrregues i parells. Els reductors harmònics poden aconseguir una gran capacitat de transmissió de parell amb un volum i pes relativament petits, donant als robots la potència suficient per completar diverses tasques.
3. Estructura compacta
Els robots industrials solen tenir un espai limitat i requereixen dispositius de transmissió compactes. L'estructura compacta dels reductors harmònics ocupa menys espai, proporcionant més flexibilitat i graus de llibertat per al disseny de robots industrials.