Como o componente principal dos robôs industriais, os redutores de precisão para robôs exigem características como correntes de transmissão curtas, pequeno volume, alta potência, peso leve e fácil controle em comparação com os redutores universais.
Existem dois tipos principais de redutores amplamente utilizados em robôs articulados: redutores RV e redutores harmônicos.
O princípio, vantagens e desvantagens do redutor RV e redutor harmônico:
redutor RV:
Usado para as três juntas das pernas, cintura e cotovelo de robôs com alto torque e para robôs industriais com altas cargas, o RV é usado para o primeiro, segundo e terceiro eixos. Em comparação com os redutores harmônicos, a chave para os redutores RV está em seus processos de usinagem e montagem. Os redutores RV têm maior resistência à fadiga, rigidez e vida útil, ao contrário dos acionamentos harmônicos, que reduzem significativamente a precisão do movimento ao longo do tempo. Suas desvantagens são o peso pesado e as dimensões gerais maiores.
Redutor harmônico:
Usado para robôs industriais com pequenas cargas ou grandes robôs com vários eixos na extremidade, o redutor harmônico é um tipo de dispositivo de transmissão harmônica, que inclui acelerador harmônico e redutor harmônico. Os redutores harmônicos incluem principalmente: rodas rígidas, rodas flexíveis, rolamentos e geradores de ondas, todos indispensáveis. Dentre eles, o número de dentes da roda rígida é um pouco maior que o da roda flexível. As características dos redutores harmônicos usados em pequenos robôs são tamanho pequeno, peso leve, alta capacidade de carga, alta precisão de movimento e grande taxa de transmissão de estágio único.
Ambos estão engrenados com pequenas diferenças de dentes, mas a diferença é que uma engrenagem chave em harmônicos é flexível e requer deformação repetida em alta velocidade, por isso é relativamente frágil, com capacidade de carga e vida útil limitadas. RV geralmente usa cata-ventos cicloidais, enquanto os harmônicos costumavam usar perfis de dentes envolventes. Alguns fabricantes agora usam perfis de dente de arco duplo, que são muito mais avançados do que os involutos.
Os dois gigantes dos redutores de velocidade são Nabtesco e Harmonica Drive, que quase monopolizam os redutores de velocidade globais dos robôs. Ambos os tipos de redutores têm precisão de usinagem no nível do micrômetro, dificultando a obtenção de alta confiabilidade apenas durante a produção em massa, sem falar na operação de alta velocidade de vários milhares de revoluções e também têm uma longa vida útil.
O redutor de harmônicos é composto por quatro componentes básicos: "roda flexível, gerador de ondas, roda rígida e mancal".
O diâmetro externo da roda flexível é ligeiramente menor que o diâmetro interno da roda rígida e, geralmente, a roda flexível tem 2 dentes a menos que a roda rígida. A forma elíptica do gerador de ondas determina que os pontos de contato dos dentes da roda flexível e da roda rígida sejam distribuídos em dois lados opostos entre o centro da elipse. Durante a rotação do gerador de ondas, a parte de contato entre a engrenagem flexível e os dentes da engrenagem rígida começa a engrenar. O gerador de ondas gira 180 graus no sentido horário e a roda flexível é equivalente a uma roda rígida girando no sentido anti-horário por um dente de diferença. Em dois locais simétricos de 180 graus, mais de 30% do número total de dentes engrenam simultaneamente, o que também cria uma transmissão de alto torque.
Em comparação com redutores harmônicos, a transmissão RV é um tipo de transmissão recém-emergido, desenvolvido com base na tradicional transmissão planetária de pêndulo de agulha. Ele não apenas supera as deficiências da transmissão geral do pêndulo de agulha, mas também possui uma série de vantagens, como tamanho pequeno, peso leve, ampla faixa de taxa de transmissão, longa vida útil, precisão estável, alta eficiência e transmissão estável.
Os redutores RV são compostos de cataventos cicloidais e suportes planetários e são amplamente utilizados em robôs industriais, máquinas-ferramentas, equipamentos de teste médico, sistemas de recepção de satélites e outros campos devido às suas vantagens, como tamanho pequeno, forte resistência ao impacto, alto torque, alta precisão de posicionamento, baixa vibração e grande taxa de redução.
A caixa e a engrenagem cicloidal do redutor RV são transmitidas através de aço sólido, tendo assim uma forte capacidade de carga. As rodas flexíveis dos redutores harmônicos podem se deformar continuamente para transmitir torque, o que determina a capacidade limitada dos redutores harmônicos de suportar grandes cargas de torque e impacto, por isso geralmente são usados na extremidade dianteira.
Vantagens e desvantagens dos redutores RV e harmônicos
O redutor de harmônicos possui estrutura simples e compacta, indicado para aplicações com miniaturização, cargas baixas e médias.
Os redutores RV têm boa rigidez, forte resistência ao impacto, transmissão estável e alta precisão, tornando-os adequados para aplicações com cargas médias a pesadas. No entanto, os redutores RV precisam transmitir uma grande quantidade de torque, suportar uma grande quantidade de impacto de sobrecarga e garantir a vida útil esperada. Portanto, estruturas de sobreposicionamento relativamente complexas são usadas no projeto, dificultando os processos de fabricação e o controle de custos. Não há componentes de suporte de carga de deformação elástica dentro do redutor RV, portanto, ele pode suportar uma certa quantidade de torque. O rolamento do redutor RV é seu elo fraco e é fácil exceder o limite de capacidade do rolamento quando submetido a força, resultando em desgaste anormal ou fratura do rolamento. Este problema é mais proeminente durante a operação de alta velocidade, então o torque nominal do redutor RV diminui significativamente com a velocidade de entrada.