ハーモニックリデューサー：高精度モーションシステム用のディープダイブガイド

ハーモニック（ひずみ波）削減の作業原則とパフォーマンス特性

ひずみ波のメカニズムがコンパクトパッケージで高い比率を生成する方法

a 高調波減速機 - しばしばひずみ波ギアボックスと呼ばれる - 柔軟なカップ（FlexSpline）、内部の歯を備えた剛性リング、およびユニットのサイズと質量で異常に高い還元比を達成するための楕円波発生器を使用します。波発生器がカップを変形させると、FlexSplineの2つのローブのみが任意の瞬間にリングを誘導し、FlexSplineはリングよりもわずかに少ない歯を持っているため、波発生器のすべての回転は歯数の違いによってエンゲージメントを進め、大幅に減少させます。このジオメトリは、移動ゾーンに接触を集中させ、多くの歯に摩耗を広げ、滑らかなメッシュに貢献します。その結果、バックラッシュが低く、優れたねじり剛性、および反転荷重の下でも再現性のある動きを備えた例外的な位置決め精度を提供するアクチュエータステージが得られます。

バックラッシュが本質的に低い理由と、それがどのように精密な動きに役立つか

従来のギアトレインでは、硬い歯の間のクリアランスから反発が生じます。ひずみ波減少剤では、弾性変形と円周方向の歯ラップが、自由な遊びを劇的に最小限に抑える、ほぼプリロードされた接触を生成します。カメラジンバル、半導体処理、または外科的ロボットなど、アークミニュートまたはサブアークミニュートの再現性を必要とするアプリケーションの場合、この特徴は決定的な利点になります。 a 精密高調波減速機は低反発 構成は、トルクの乱れと輪郭のエラーとして蓄積するトルク障害とマイクロ振動に対する位置を保持するのに役立ち、コントロールループが刺激的な振動なしでより高いゲインを使用できるようにします。

効率、剛性、ライフサイクルの考慮事項

効率は比率、潤滑、負荷に依存します。典型的な値は、中程度の比率のコンパクトな惑星段階で競争力がありますが、非常に高い比率はわずかに多くの内部フレックス損失を示す可能性があります。軸方向および放射状の剛性は、ベアリングとケースジオメトリによって形作られますが、ねじれの剛性はフレックスプリンの壁の厚さと歯の関与アークを反映しています。ライフサイクルは、適切な潤滑と温度管理に強く結びついています。指定されたトルクおよび速度エンベロープ内で操作した場合、エラスティックストレスのあるフレックスコンポーネントは数千時間実行できます。デザイナーは、FlexSplineのひずみフィールドは波発生器とともに回転し、疲労制限以下に保つ必要があるため、頻繁なスタートストップと反転運動を備えたデューティサイクルを考慮する必要があります。

高調波減少者が輝いている場所、そして他のオプションが適合する可能性があります

高調波減速機は、コンパクトなサイズ、1つの段階で高い比率、低質量、非常に低いバックラッシュ、およびサービス寿命全体の一貫した精度が必要なときに優れています。それらは、関節の関節、パン傾斜ヘッド、精密なインデックス作成、および共同ロボット手首に自然に適しています。アプリケーションに、衝撃負荷が大きくなったり、非常に高い入力速度を備えた連続高速回転を伴う場合、設計者は還元剤と上流のベルトステージをペアリングするか、代替アーキテクチャを検討することができます。それでも、中速、高精度タスクの大部分では、ひずみ波アプローチはクラス最高の体積効率とキログラムあたりの精度をもたらします。

負荷から比率まで：実用的なガイド 高調波減少トルク計算

実際の要件を機械的数値に変換します

堅牢なサイジングプロセスは、すべての外部トルクをマッピングすることから始まります：ペイロードとリンクからの静的重力トルク、目的のモーションプロファイルからの動的加速トルク、摩擦とシールトルク、およびケーブルドラッグのような妨害トルク。不確実性のために安全係数を追加し、デューティサイクルを含めます。コアの目的は、還元剤が過度の加熱や疲労なしにピークとRMSのトルクを送信できるようにすることです。次に、決議目標を満たしている間、サーボモーターが好ましい速度とトルク領域で動作するようにするために比率が選択されます。高調波減少者は非常に高いシングルステージ比を提供するため、還元剤の許容入力速度が尊重されれば、精度を損なうことなく小さなモーターを選択できます。

方程式の例を備えた段階的なワークフロー

• 重力トルクを計算： t _g = m・g・l・cos（θ） 最悪の角度での関節軸について。
• 加速トルクを計算します： t _a = j・α 、 と J 反射された慣性と α 角度加速として。
• 外部トルクを合計してマージンを追加します。 t _req =（t _g t _a t _f ）・SF .
• モーターの速度とトルクがスイートスポットに落ちるように比率を選択し、還元剤の入力速度制限を確認します。
• ポジショニングおよび沈下時間のターゲットに対する牽引剛性を確認してください。

例示的なサイジングスナップショット

半径0.25 mの2.5 kgのツールを備えた手首関節を考えて、迅速な反転で300°/sをターゲットにします。最悪のポーズでの重力トルクは、約2.5・9.81・0.25≈6.13n・mです。加速度が3.5 n・mを追加し、摩擦がさらに0.4 n・mを追加するとします。安全係数が1.6で、必要な出力トルクは（6.13 3.5 0.4）・1.6≈16.7n・mになります。入力速度を制限下で維持し、反射慣性を保証しながら、削減後にモーターがこれを提供できる比率を選択します。最後に、ミッションプロファイルで熱制限が尊重されるように、ジョイントのRMSデューティでの連続トルクを確認します。

例パラメーターテーブル

上記のワークフローは、の精神を具体化します 高調波減速機 トルク計算 ：アクチュエーターが特大のコンポーネントなしで速度、剛性、および精度の目標に到達するまで、定量化、マージン、熱挙動、および反復比を検証します。

設計a ロボットアーム用の高調波減速機 工業用細胞で

キネマティックチェーン全体のマッピングジョイント要件

多軸アームは通常、ベースから手首までのトルク要件の減少を特徴としています。ただし、精度はエンドエフェクターに向かって増加することがよくあります。 aを選択するとき ロボットアーム用の高調波減速機 ジョイント、ベースは長いリンクの下で位置の安定性のためのより高いトルクと剛性を支持する可能性がありますが、手首は俊敏性のために最小限の反発と低質量を必要とします。還元剤のコンパクトな軸方向の寸法は、腕の中心を各軸の近くに保ち、必要なカウンタートルクを減らし、頻繁なスタートと停止でデューティサイクル全体でエネルギー効率を改善するのに役立ちます。

制御上の考慮事項：慣性マッチングとコンプライアンス

還元剤比はモータートルクを乗算し、速度を分割するため、モーターで見られる比率の平方によって反射荷重慣性が増加します。解像度のための高い比率と制御性の控えめな比率のバランスをとることが不可欠です。過度の反射慣性は、保守的な制御の利益を強制し、沈降時間を長くすることができます。レデューサーのねじれコンプライアンスは、サーボモデルに因数分解する必要があります。剛性が少なすぎると、負荷慣性と結合し、軽く減衰したモードを作成できますが、より硬い構成は、オーバーシュートなしでより高い帯域幅とよりシャープなパストラッキングをサポートします。

環境および信頼性の要因

産業細胞は、温度の揺れ、ほこり、および時折の衝撃に関節をさらします。環境とメンテナンス計画と互換性のあるシーリングと潤滑を選択します。アームが頻繁にツールを変更する場合は、ドッキング中の過渡トルクの追加の安全マージンを検討してください。電力損失中に負荷を保持しなければならない垂直軸の場合、ブレーキを統合するか、内部逆運転性が低いリデューサーを選択して、ブレーキが関与している間に落下距離を制限します。

アームジョイントの強調比較

Aを選択します コボット用のコンパクトハーモニック還元剤 ジョイント

人間スケールの安全性と軽量の送信の必要性

共同ロボットは、ワークスペースを人々と共有するため、滑らかで本質的に安全なダイナミクスを優先します。 a コボット用のコンパクトハーモニック還元剤 小さなエンベロープの大幅な減少をもたらし、慣性と衝撃エネルギーを制限する軽量のアームを支援します。滑らかでゼロのバックラッシュエンゲージメントは、衝突検出のための高解像度のトルク推定をサポートしますが、コンパクトさを使用すると、アクチュエーターをシールドしやすく、安全のために丸くするスリムなリンクプロファイルに押し込むことができます。

バックドライブ性とフォースコントロール

コボットは、システムが予期しない接触を検出して応答できるように、合理的なトルクでバックドライブできるジョイントの恩恵を受けます。高調波減少者は、比率とシール摩擦に応じて、見かけの逆運転性が異なります。中程度の比率と最適化された潤滑を選択するのに役立ちます。頻繁に人間の相互作用、熱ヘッドルーム、連続トルク（ピークだけでなく）が検証されることが多いため、コボットはしばしばより低い速度で走るからです。スタプティションを最小限に抑える低いコギングモーターと、小型制御が改善され、準拠したアセンブリとハンドガイドモードが可能になります。

ペイロード、ワークスペース、およびデューティサイクル

共同ペイロードは控えめな場合がありますが、長いリーチと拡張された水平ポーズは、意味のある重力トルクを生成する可能性があります。最大の許容速度を測定する可能性のあるパワーや力の制限などの安全機能を占める間、還元剤は最悪の姿勢のサイズにしなければなりません。設計者は、真のRMSトルクを決定し、継続的な共同作業中にレディューサーの熱定量を超えないようにするために、ビンピッキング、マシンの張り、軽いドライブ - をモデル化する必要があります。

コボット中心の考慮事項と一般的な産業武器

決定フレームワーク： 高調波減速機と惑星ギアボックス

重要なメトリック全体のアーキテクチャを比較します

ひずみ波と惑星の伝達はどちらも高い比率とトルク密度をもたらすことができますが、その動作は、アプリケーションの適合性に影響する方法が異なります。ハーモニックユニットは、超低反発、コンパクトな軸方向の長さ、および高い単一段階の比率を強調しており、精密なジョイントとコンパクトな手首に優れています。惑星段階は通常、より高い入力速度能力、強い衝撃耐性、および中程度の比率で非常に優れた効率を提供します。評価するとき 高調波減速機と惑星ギアボックス オプション、生涯にわたるバックラッシュの安定性、ねじれの剛性、騒音、潤滑間隔、およびデューティサイクルの熱フットプリント。

並んで比較テーブル

習慣ではなく、意図で選択します

KPIが最小限のコンプライアンスで再現性のある精度である場合、 精密高調波減速機は低反発 構成は明確な利点を提供します。 KPIが連続高速回転と反復ショックに対する回復力である場合、惑星の段階がより簡単になる場合があります。多くのシステムは両方を混ぜ合わせます：精度のために手首で高調波、出力のための以前の軸で惑星が惑星になります。レガシーの選択ではなく、測定可能な要件から始めます。

すべてをまとめる：選択、統合、長寿

ファーストパス選択のための実用的なチェックリスト

• 出力トルクを定義します：安全係数を含むピークとRMS。
• 精度のターゲットを設定：許容されるバックラッシュ、ねじり剛性、再現性。
• viaの比率を選択します 高調波減少トルク計算 およびモーターマッチング。
• 入力速度の制限、許容されるオーバーハング荷重、および耐摩耗性を確認します。
• デューティサイクルでの熱上昇を確認します。ヒートパスと取り付けを計画します。
• Aのフォース制御タスクのバックドリブ性とコンプライアンスを評価します コンパクト 高調波減速機 コボット用 またはa ロボットアーム用の高調波減速機 .

精度を保護する統合ノート

取り付け面は平らで共軸でなければなりません。小さな不整合でさえ、ベアリングをプリロードし、flexSplineを歪め、寿命を劣る可能性があります。推奨されるボルトトルクとシーケンスパターンを使用します。可能であれば、備品を切り離して、住宅から外部ショックを送信しないでください。ケーブル管理の場合は、繊細な衝突検出しきい値をマスクする追加された摩擦トルクを最小限に抑えるために、フレックスセクションをルートします。

時間の経過とともにバックラッシュを低く保つメンテナンスプラクティス

指定された潤滑剤と補充間隔を使用します。過剰または互換性のないグリースは、温度を高め、効率を低下させる可能性があります。長いサイクル中の温度を追跡します。ハウジングが予想よりも高温になっている場合は、デューティサイクルの仮定、周囲の気流、または比率の選択を再確認してください。テストフィクスチャの静的剛性と位置決めエラーを定期的に測定します。コンプライアンスの上昇は、生産品質に影響する前に摩耗を警告することができます。

統合は、要約としないことを行います