Робот коробка передач что это: 6 правил, о которых мало кто знает :: Autonews

Описание принципов работы роботизированной КПП DCT Хендай

Рассмотрим DCT автомобилей Hyundai: принцип работы, характерные особенности, плюсы и минусы.

Роботизированная трансмиссия — новшество из мира спортивных автокаров

Роботизированная КП (DCT Хендай) — преселиктивная коробка передач, попавшая на любительский рынок в модифицированном виде относительно недавно из автоспорта, оснащенная прямым включением и двумя сцеплениями, на которые возложены разные функции:

• Контроль над нечетными передачами.
• Контроль над четными передачами.

Сравнительно быстрый и, что немаловажно, плавный разгон, в процессе которого скорости переключаются в доли секунды — главные особенности роботизированной трансмиссии автомобиля Hyundai. Кроме этого, сочетание комфортного управления транспортным средством, которое дает автомат, с неоспоримым экономичным режимом и динамикой от МКП — так же отличительная характеристика роботизированной КП, относящиеся к достоинствам этой трансмиссии.

К преимуществам так же можно отнести следующее:

• дешевле автоматической КП;
• небольшая масса робота;
• некоторые модели Hyundai оснащены подрулевыми лепестками — альтернатива традиционному рычагу переключения скоростей, что позволяет быстро поставить необходимую передачу, а значит предать динамичности транспортному средству.

Корейские кроссоверы премиум класса — например, Hyundai Tucson (2016 года), при желании автолюбителя могут комплектоваться 7-ступенчатой роботизированной коробкой с двойным сцеплением и подрулевыми лепестками (несмотря на название, они расположены сразу за рулем). Данная система КПП идет исключительно с силовой установкой мощностью в 175 лошадиных сил.

Категорически противопоказаны пробуксовки, страдает плавность переключения скоростей, при даже кратковременной остановке необходимо переходить в нейтральное положение. Это очевидные недостатки роботизированной коробки. К ним же следует присовокупить дороговизну устройства, как при приобретении, так и в последующем обслуживании и ремонте.

Идеальной коробки передач не существует. Поэтому, выбирая, необходимо расставлять приоритеты. То есть, что предпочтительней: динамика, стоимость, экономичность или комфорт. Определившись, проще осуществить правильный выбор относительно трансмиссии.

Преселективная роботизированная коробка передач DSG в автомобилях Volkswagen

Специалисты компании Volkswagen создали новую, уникальную коробку переключения скоростей DSG (Direct Shift Gearbox), которая по своим техническим характеристикам намного превосходит существующие образцы.

В настоящее время преселективные роботизированные коробки передач DSG второго поколения устанавливаются на большинство моделей Volkswagen: Golf, Passat B8,Passat СС, Tiguan, Jetta.

Использование этой коробки передач позволяет почувствовать комфорт и удобство при переключении. Данная коробка сочетает в себе все современные технологии трансмиссий различных типов. Переключение скоростей осуществляется вручную, но за весь процесс отвечает электроника и различные автоматизированные механизмы.

Отличительной особенностью работы коробки является то, что во время переключения передач не изменяется поток мощности. Плавность работы такого агрегата по достоинству оценят как любители загородной быстрой езды, так и владельцы автомобилей, передвигающиеся преимущественно в городской черте.

Особенности работы коробки-робота

Коробка передач DSG может эксплуатироваться в двух режимах — спортивном и нормальном.

Спортивный режим. Данный режим предусматривает более длительное раскручивание при переходе на повышенные скорости и быстрый переход на пониженные передачи. Такой режим является предпочтительным при скоростной езде. Имеется функция Tiptronik, которая позволяет производить управление передачами в ручном режиме.

Всем, кто любит спортивный тип езды, можно использовать переключатели-лепестки, смонтированные на руле. Такие лепестки позволяют почувствовать мощь автомобиля и от души насладиться спортивной ездой.

Нормальный режим. Такой режим является привычным для всех автомобилистов и может использоваться при передвижении по городу или для небыстрого, экономного вождения.

Устройство DSG

6-ступенчатая коробка DSG имеет два, независимых друг от друга блока трансмиссий. Благодаря такой конструкции, происходит поочередное сцепление с двигателем, в зависимости от включенной в данный момент передачи. Для управления используется двойное сцепление, которое состоит из пары муфт, которые установлены в едином корпусе.

Одно сцепление отвечает за работу 1, 3, 5 передачи, второе за 2, 4, 6 передачу. Каждый блок оснащен отдельным приводным валом, передающий вращающее действие на колеса. Передача осуществляется с помощью дифференциала.

КПД роботизированных коробок передач

Применение схемы двойного сцепления в коробках DSG, при сравнении с АКП, имеющей гидротрансформатор, позволяет в значительной мере увеличить КПД. Интеллектуальная система коробки в сочетании с небольшой массой, позволяет значительно понизить расход топлива. Оценить все положительные качества данной коробки можно на автомобилях Passat CC, Golf GTI, Passat Variant.

Интеллектуальный блок управления

Коробка снабжена встроенным блоком, который проводит анализ оборотов двигателя, скорости движения, нажим на педаль газа.

На основе полученных данных автоматически выбирается необходимая передача или момент перехода на другую передачу. Это обеспечивает плавность движения и снижает нагрузку на двигатель.

Роботизированная коробка передач автомобиля — устройство и как работает

Роботизированная коробка передач автомобиля — разновидность полуавтоматических КПП, которая объединяет черты механической коробки и автоматической. Расскажем что такое коробка — робот, как работает и в чем преимущество перед другими типами трансмиссии.

Что это такое

Вместо третьей педали, которую нужно выжать для переключения скоростей с механической коробкой передач, в авто с роботизированной коробкой передач две педали. Роль третьей педали играет целая система сенсоров, передатчиков и исполнительных механизмов, которые при помощи бортового компьютера переключают коробку без участия водителя и сцепления. Компьютер синхронизирует работу деталей коробки, а некоторые электронные системы способны научиться распознавать стиль вождения водителя и предугадывать его действия. У роботизированной КПП ручка переключения скоростей находится там же, где и ручка механической коробки, но вместо Ж-образного переключения, ручка переключается только вперед или назад.

Как работает

Работает следующим образом. При переключении ручки передач и нажатии педали газа сенсоры передают информацию в блок управления, который в свою очередь передает сигнал в коробку передач. Сенсоры коробки передач также сообщают в блок информацию о действующей скорости и новом требовании переключения скоростей.

Блок управления синхронизирует информацию, полученную от сенсоров, и выбирает оптимальную скорость и время переключения скоростей и обеспечивает слаженность работы механизмов коробки передач. При этом принимается в расчет скорость вращения двигателя, работа кондиционера, показатели спидометра.

Бортовой компьютер роботизированной КПП управляет гидромеханикой, который смыкает или размыкает сцепление. Этот процесс происходит синхронно с действием водителя, переключающего ручку скоростей. Гидромеханический блок использует жидкость из тормозной системы для запуска гидравлического цилиндра, обеспечивающего движение актуатора.

В чём преимущество

Электроника реагирует быстрее человека и более точно, поэтому «выжать» сцепление можно без участия водителя. Для парковки автомобиля, обратного хода или нейтрального положения трансмиссии водитель должен предварительно выжать обе педали одновременно, после этого можно выбрать один из трех вариантов.

Сцепление нужно только, чтобы машина пришла в движение. Для быстрого переключения скорости на более высокую необходимо убрать ногу с педали газа, чтобы двигатель сбавил обороты для подходящей скорости. Для этого ручка передачи скоростей должна стоять на нужной позиции.

Почему «роботы» с двумя сцеплениями скоро вытеснят все остальные коробки

---

А где еще они есть?

Нужно сказать, что идея использования мультидискового сцепления в «роботах» все сильнее захватывает умы производителей. Свои наработки есть у Mercedes: на SLS устанавливается 7-ступенчатая SpeedShift, коробка размещается в «хвосте» автомобиля и связана с двигателем карбоновым карданным валом. BMW в январе 2008-го представила M3 с коробкой производства Getrag, с двойным сцеплением от BorgWarner.

Позднее такая коробка появилась на BMW Z4 и доступна к заказу на купе 335i. FIAT/Chrysler в 2009-2010 году запустил в производство сухую, двухдисковую коробку с индексом С635, с предельной нагрузкой 350 ньютонов на метр. Этот «робот» вживили в AlfaRomeo MiTo. PSA Peugeot Citroën уставливает DCT-коробки на Peugeot 4007 и Mitshubishi Outlander, производства Getrag. Появление многодисковых коробок анонсировали и китайские автопроизводители BYD и QOROS.

Достоинства и недостатки

К бесспорным достоинствам мультидисковых АКПП относятся: быстродействие, минимальная задержка при переключении передач, экономия топлива, непрерывность тяги, возможность осуществления ручного управления.

К недостаткам можно отнести сложность конструкции и, как следствие, высокую стоимость. Для двигателей с тягой более 350 Н*м (+/- 50 Н*м) коробку приходится делать с мокрым картером, то есть со смазкой, что еще сложнее и дороже.

Преселективные коробки достаточно хорошо себя показали при размеренной езде и при ускорении, а вот при движении в городском трафике, из пробки в пробку, плавность переключения может вызывать отдельные вопросы.

Альтернативы

«Робот» с одним сцеплением

Роботизированная коробка передач по сути — обычная механическая коробка, в которой процессом переключения передач руководит электроника. Относительно недорогая коробка дешевле классического «автомата». Плюс тут, пожалуй, один — меньше рычагов управления. По сравнению с «механикой» ниже скорость переключения и выше расход топлива, а по сравнению с «автоматом» плохая плавность хода, то есть переключения обычно сопровождаются ощутимыми толчками.

Классический «автомат» (то, что все привыкли называть АКПП)

Он состоит собственно из гидротрансформатора и набора планетарных передач. Шестерни располагаются по окружности ведущего вала, по типу планет вокруг Солнца, и находятся в постоянном зацеплении. Блокируя ту или иную пару шестерней, можно менять передаточное отношение, скорость вращения выходного вала. Гидротрансформатор выполняет роль сцепления между двигателем и трансмиссией. С той лишь разницей, что отсутствует жесткая кинематическая связь. Передачи переключаются плавно, но и потери мощности на проскальзывании велики, отчего страдает динамика разгона и расход топлива.

Вариатор

Вариатор считается бесступенчатой трансмиссией. В любой коробке передач чем больше пар из ведомых и ведущих шестерней (передач), тем лучше. Это позволяет максимально эффективно использовать возможности двигателя в сочетании с топливной экономичностью. В идеале таких пар должно быть бесконечное множество. Создать бесконечную коробку передач, конечно, невозможно, но есть альтернативное решение.

Как менять масло в роботе, роботизированной коробке − Советы

Роботизированная коробка передач – это, по сути, МКПП, в которой автоматизированы функции выключения сцепления и переключения скоростей за счет использования ЭБУ (электронного блока управления) и исполнительных устройств – сервоприводов, гидроприводов и др. При этом порядок техобслуживания РКПП существенно отличается от правил ТО обычной «механики». Как менять масло в коробке-роботе, и как часто нужно выполнять эту процедуру?

Как проверить состояние масла в роботе

Чтобы оценить состояние смазочной жидкости в роботизированной коробке передач, используют разные способы. Качество масла можно определить, например, по цвету, точнее, по оттенку. Если материал светлый и прозрачный, можно продолжать его использовать. Если же масло мутное, а тем более – содержит мелкие частицы в виде продуктов износа, его лучше поменять. Еще один повод обновить смазочную жидкость – запах гари, который свидетельствует о многократных случаях ее перегрева.

Особенности эксплуатации, влияющие на интервал замены

В зависимости от особенностей конструкции РКПП может быть одного из типов: AMT (автоматизированная механическая трансмиссия) или DSG – с одним или двумя пакетами сцепления соответственно. Коробки DSG в свою очередь делятся на оснащенные «сухим» и «мокрым» сцеплением. Во втором случае диски механизма погружены в трансмиссионное масло. Именно преселективные коробки с двухдисковым сцеплением отличаются довольно быстрой изнашиваемостью как самих дисков, так и сервомеханизмов, гидроприводов, гидроблока и т. д. Продлить жизнь этим деталям и механизмам можно регулярной своевременной заменой смазочной жидкости. Это необходимо делать, даже если в руководстве к роботизированной коробке утверждается, что она необслуживаемая. При этом на периодичность проведения такой процедуры могут оказывать влияние условия эксплуатации. Агрессивная езда, передвижение по бездорожью, буксир прицепа, перевозка тяжелых грузов сокращают интервал замены на 20–40 %.

Какое масло использовать для роботизированной коробки

Лучшим маслом для роботизированной коробки всегда является указанный в технической документации тип жидкости. Если нет возможности залить смазочный материал, рекомендованный производителем, можно вместо него использовать продукт с близкими характеристиками от надежного производителя, например, из каталога ROLF Lubricants.

Когда нужно менять масло

Смазочную жидкость в роботах с одним пакетом сцепления рекомендуется менять максимум через 80 тысяч км пробега. В преселективных коробках с двойным сцеплением (например, DSG) масло меняют через каждые 60–70 тысяч км проделанного пути для «сухой» версии и через 50–60 тыс. километров – для «мокрой». Если же автомобиль с РКПП эксплуатируется в неблагоприятных условиях (перечисленных выше), сроки замены будут еще короче. Например, для коробки с одним сцеплением, установленной на автомобиль, водитель которого предпочитает агрессивную манеру вождения, интервал замены масла составит в среднем: 80 – 80 х 0,3 = 56 тысяч км пробега.

Пошаговая инструкция

Частичная замена

При частичном обновлении отработанная жидкость удаляется только из картера через сливное отверстие. От трети до половины смазочного материала остается при этом в коробке. Для выполнения процедуры необходимо:

1. Прогреть РКПП, проехав на автомобиле 10–15 км;
2. Установить машину над смотровой ямой или поднять на подъемнике для получения доступа к коробке;
3. Снять защиту ДВС;
4. Открутить пробки сливного и заливного отверстий и собрать отработку в заранее подготовленную емкость;
5. Закрутить пробку сливного отверстия и долить масло до требуемого уровня (пока не начнет выливаться). Поставить на место защиту ДВС.

Полная замена

Для выполнения полной замены смазочной жидкости в РКПП используется специальная установка, которую подключают к магистралям гидросистемы коробки. Под действием высокого давления старое масло вытесняется из агрегата и заменяется новым. За процессом замены можно наблюдать через смотровые окошки: поток темной и грязной массы постепенно сменяется чистой и прозрачной жидкостью. При этом потребуется немного больше смазочного материала: если заправочный объем составляет, к примеру, 9 литров, то на полную замену уйдет 10–11 л. Выполнять такую процедуру лучше после консультации со специалистом, т. к. в некоторых случаях она может негативно отразиться на работе трансмиссии. Это связано с тем, что, обладая более высокой моющей способностью, новое масло может засорить гидросистему продуктами износа, пребывавшими ранее в состоянии покоя.

Как правильно управлять роботизированной коробкой передач

На современных автомобилях используется несколько видов коробок передач – механическая, автоматическая, вариаторная. Механическая коробка отличается своей надежностью, но требует от водителя навыков управления. Автоматическая же значительно проще в управлении, но более «капризна» в техническом плане. Недавно же конструкторы выпустили еще один тип КПП – роботизированная. В ней они постарались соединить воедино надежность «механики» с удобством «автомата». И это у них получилось – все больше автопроизводителей комплектуют свои авто роботизированной коробкой передач.

Немного об устройстве

Суть такой коробки достаточно проста – имеется механическая КПП и электронный блок ее управления. У РКПП все функции, которые должен был выполнять водитель с механической коробкой (выжим сцепления, перевод рычага коробки в нужное положение) выполняется актуаторами – сервоприводами электронного блока.

Благодаря этому надежность КПП возросла за счет использования классической «механики» и возросло удобство ее пользования. Водителю всего лишь необходимо переводить селектор в нужное положение (как в автоматической КПП) и наслаждаться ездой, а электронный блок позаботится о том, чтобы выполнялось переключение передач.

Устройство роботизированной коробки передач

При всем этом многие роботизированные коробки оснащаются еще и ручным управлением, что позволяет управлять водителю коробкой самостоятельно, с единственным отличием – нет необходимости выжимать сцепление.

Особенности управления

Некоторые режимы работы РКПП получила от автоматической коробки, а именно:

• «N» — нейтраль. Режим, при котором крутящий момент на колеса от КПП не передается. То есть двигатель работает, на коробку передается вращение, но из-за положения шестерен на колеса оно не передается. Используется при длительной стоянке авто, перед началом движения, после остановки;
• «R» — движение задним ходом. Здесь все просто, водитель переводит селектор в это положение и авто движется назад.

Другие же режимы роботизированной коробки имеют свое обозначение:

• «А/М» или «Е/М» — движение вперед. Этот режим соответствует режиму «D» автоматической коробки, то есть автомобиль движется вперед, а КПП производит переключение передач. В режиме «М» выполняется ручное управление. Переводом селектора в определенный паз выбирается необходимый режим;
• «+», «-» — переключатель передач. Кратковременные переводы селектора в сторону «+» или «-» обеспечивают переключение передачи при ручном режиме управления «М».

Требуется ли прогрев коробки?

Вроде все просто, и ничего сложного в управлении такой коробки нет – достаточно перевести селектор в нужное положение, и начать движение. И все же следует знать, как управлять коробкой робот, чтобы она работала без проблем.

Начнем с интересного вопроса – нужно ли прогревать КПП перед началом движения зимой? Для автоматической коробки в зимний период прогрев обязателен и выполняется он кратковременным переводом селектора во все положения.

Роботизированная коробка, по сути, механическая и не требует прогрева. И все же зимой перед началом движения прогреть РКПП следует, хотя это не совсем прогрев. Во время стоянки масло в коробке стекает вниз и из-за мороза загустевает. Поэтому рекомендуется зимой после запуска мотора дать время, чтобы масло скорее не прогрелось, а просто растеклось по элементам коробки, снижая между ними трение. Достаточно просто постоять пару минут с заведенным мотором, при этом селектор переводить в разные режимы не нужно, достаточно держать его в положении «N». После этого движение нужно начинать плавно, без резких рывков и проехать так хотя бы 1 км, что обеспечит полный прогрев масла.

Начало движения на подъем, его преодоление, спуск

Многие автомобили с РКПП не оборудованы системой помощи старта на подъем, поэтому правильно начинать движение нужно научиться самому водителю. При старте на подъем с роботизированной коробкой необходимо поступать, как и с «механикой». Для начала движения селектор переводится в режим «А», плавно нажимается акселератор и одновременно авто снимается с ручника. Такое действие исключит откат авто назад. Одновременно жать на газ и снимать с ручника следует потренироваться, чтобы водитель чувствовал двигатель и понимал, когда сцепление начало включаться и можно снимать с ручника.

При начале движения на подъем в зимний период лучше использовать ручной режим, при этом устанавливать первую передачу. Сильно газовать не стоит, чтобы не было пробуксовки колес.

При движении на подъем при выбранном автоматическом режиме коробка самостоятельно начнет переходить на пониженные передачи, что является вполне логичным, ведь при повышенных оборотах преодолеть подъем легче. Такая КПП оснащена гироскопом, который определяет положение автомобиля, и если датчик показывает подъем, то коробка буде работать соответственно. Можно совершать движение и в ручном режиме, зафиксировав определенную передачу. Важно понимать, что РКПП не даст двигаться в натяг, поэтому при подъеме обороты двигателя должны быть не меньше 2500 об/мин.

При спуске же никаких действий от водителя не требуется. Достаточно перевести селектор в положение «А», и снять ручник. При этом авто будет производить торможение мотором.

Остановка, парковка

И третий немаловажный вопрос – правильность парковки и остановки. После полной остановки авто, селектор необходимо перевести в нейтраль «N», поставить на ручник и после заглушить двигатель. При кратковременных остановках перевод селектора в нейтраль необязателен, вполне можно оставаться и на режиме «А». Но стоит учитывать, что при остановке сцепление остается выжатым. Поэтому в пробке или на светофорах, когда остановка затягивается по времени, все же следует переходить на нейтраль.

Другие режимы

Это основные правила, как управлять роботизированной коробкой. Но есть и другие особенности, к примеру, некоторые РКПП имеют дополненные режимы – спорт и зимний, так называемая «снежинка».

«Снежинка» направлена на то, чтобы как можно плавнее и без пробуксовок начать движение на обледенелой дороге. Все что она делает, это обеспечивает начало движения сразу со второй передачи и более плавные переходы на повышенные передачи.

Режим «спорт» производит переход на повышенные передачи при больших оборотах, чем в обычном режиме. Это позволяет быстрее ускоряться. То есть, если при обычном режиме переход на 2 передачу выполнялся, к примеру, при 2500 об/мин, то в режиме «спорт» этот переход будет осуществляться при 3000 об/мин.

Теперь о возможности перехода из автоматического режима в ручной и обратно во время движения. Роботизированная коробка без проблем позволяет это делать. Также позволяется самостоятельно понижать или повышать передачу для изменения скорости движения. Но стоит учитывать, что полностью управление коробкой электронный блок не передаст, он будет постоянно контролировать работу.

Поэтому если водителю вздумается перейти, к примеру, на две передачи вниз, то электронный блок сделать это даст, но при этом проконтролирует обороты двигателя и если они не будут соответствовать выбранной передачи, электроника самостоятельно выполнит переход на допустимую передачу – сработает так называемая «защита от дурака».

Здесь все просто – электронный блок запрограммирован так, что каждой передаче соответствует определенный диапазон оборотов двигателя. И если выбранная вручную передача соответствует своему диапазону, то коробка выполнит переключение, а если нет – включит необходимую скорость.

Полезные советы

Напоследок некоторые рекомендации по эксплуатации и обслуживанию роботизированной коробки.

Такая коробка «не терпит» резких нажатий на педаль газа, поэтому лучше осуществлять движение в спокойном режиме. Даже при необходимости ускориться — лучше жать на акселератор плавно, при этом стоит перейти в ручной режим. А при торможении следует наоборот – переходить в автоматический режим.

Особенностью РКПП является наличие небольших толчков при переключении передач. От них можно избавиться достаточно просто – при переключении передач сбрасывать обороты двигателя, то есть действовать по аналогии с обычной механической коробкой.

Наличие ручного режима позволяет даже выполнять выезд «враскачку» в случае, если авто застряло в сугробе. Но при этом на пользу КПП это не пойдет, так как буксовать на РКПП не рекомендуется, это может привести к декалибровке исполнительных механизмов. Поэтому застрявшее авто все же лучше извлекать с привлечением сторонней помощи.

Обязательно при каждом ТО делать инициализацию и проводить диагностику состояния РКПП, что позволит устранить все неисправности коробки еще на раннем этапе.

Есть и другие мелкие особенности таких коробок, которые зависят от изготовителя. Ими лучше сразу поинтересоваться, чтобы в дальнейшем не возникло недоразумений с эксплуатацией роботизированной коробки.

Роботизированная коробка передач (РКПП)

Итак, что такое роботизированная коробка передач и какое ее назначение? Роботизированная КПП, как и все предыдущие варианты, имеет следующее предназначение: прием, передача, преобразование крутящего момента с последующей передачей его к ведущим колесам автомобиля. Для человека несведущего, слово «роботизированная» вносит некую неясность, а именно – как робот переключает передачи. Если ответить с юмором, то в коробке не сидит «дядя робот» и не переключает своими железными руками рычаг управления передачами. Вместо «дяди робота» есть «умная» автоматика управления и необходимое количество исполнительных устройств. Но обо всем по порядку…

Условно РКПП (роботизированная коробка передач) состоит из «простой» механической коробки передач, устройств выжима сцепления и переключения передач (актуаторов), микропроцессорной системы управления и внешних датчиков. Можно ли считать РКПП неким вариантом АКПП? Сразу отметим – нет! Принцип построения «робота» ближе к «механике», с автоматическим управлением. Единственное сходство с автоматической коробкой передач это наличие сцепления в корпусе коробки, а не на маховике как в «механике». И в современных коробках находится два сцепления, для чего это нужно расскажем ниже.

 

Теперь о компонентах и узлах:

• РКПП – узел, собранный по принципу МКПП, но имеющий два ведущих вала, которые находятся друг в друге, т.е. внешний вал имеет внутреннюю полость, в который вставляется внутренний первичный вал. На внешнем валу находятся шестерни привода второй, четвертой и шестой передачи, для шести ступенчатой коробки. Соответственно на внутреннем валу имеются шестерни пары первой, третьей, пятой и задней передачи. Каждый из валов имеет свое сцепление.
• Актуаторы – это электрические или гидравлические сервоприводы, которые предназначены для механического передвижения синхронизаторов коробки передач и включения\выключения сцеплений. Электрический актуатор представляет собой электродвигатель с редуктором, а гидравлический — это простой гидроцилиндр, у которого шток связан с нужным синхронизатором.
• Микропроцессорный блок управления (МБУ) – основной узел «сердцем», которого является довольно мощный процессор. К процессору через буферные порты подключены внешние датчики от двигателя внутреннего сгорания, систем ESP, ABS и др. Обычно блок управления коробкой совмещен с бортовым компьютером. Для хранения данных о том, что должна выполнять коробка передач при поступлении той или иной информации от датчиков, применяется ПЗУ, в которое и «заливается» алгоритм работы, в народе именуемой «прошивкой».

 

Рассмотрим принцип работы. В начале движения, как и у МКПП, должно плавно включиться сцепление. За это «отвечает» актуатор сцепления, который по команде МБУ медленно вращает редуктор. Сигнал на начало движения дает водитель, включив рычажок переключателя. Включается первое сцепление внутреннего первичного вала, одновременно актуатор синхронизатора подводит его к шестерне первой передачи, далее идет блокировка шестерни на валу, которая приводит в действие шестерню вторичного вала. Автомобиль тронулся с места, но водитель продолжает нажимать педаль акселератора… Сколько нужно времени, что бы включилась вторая передача, не повредив шестерни, синхронизаторы и прочее? Наверное, продолжительное. Именно первые «роботы» и «страдали» провалами между переключениями, потому, что электронике так же надо подумать, что бы ни сломать себя. Вот именно для сокращения времени переключения и было введено в конструкцию коробки второе сцепление и второй вал. Весь алгоритм работы сводится к тому, что пока работает первая передача, уже ждет включения вторая и как только МБУ даст команду, включается второе сцепление, внешний первичный вал и вторая передача. Далее по накатанной, – ждет сигнал третья передача и т.д. Время переключения сокращается до минимума, даже водитель не сможет так быстро переключить МКПП.

 

МБУ выдает сигналы, анализируя поступившие данные с внешних датчиков. При уменьшении скорости движения или увеличении нагрузки, например, подъем в гору, МБУ переключает в обратной последовательности передачи.

А как же быть, если нужна только пониженная передача, например, для преодоления препятствий? Для этого на МБУ водитель подает сигнал к отмене дальнейших передач после первой. Для езды задним ходом, так же в блок управления подается команда, при которой актуатор приводит в действие внутренний первичный вал и шестерню заднего хода.

 

Современные «коробки-роботы» это концепция, разработанная в 80-х, но с применением новейших разработок улучшающих работу коробки. Каждый производитель старается внести что-то новое и зарегистрировать свой товарный знак.

Например «Ricardo» на свой «Eаsytronic» начала устанавливать один многофункциональный актуатор, что поспособствовало уменьшению габаритных размеров «робота».

Volkswagen начал массово устанавливать на свои автомобили КПП робот под аббревиатурой S-tronic, (коробка прямого включения), что характерно, были разработаны варианты и для заднеприводных авто.

Свои разработки  улучшающие работу коробок-роботов имеются во многих компаниях (Ford, Fiat, Mitsubishi, BMW).

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Прямоугольный редуктор для передачи крутящего момента для робота, используемый в «умной» вспомогательной инвалидной коляске

Applied Resources — производитель Raptor, первого коммерчески доступного «умного» вспомогательного робота, одобренного Управлением по контролю за продуктами и лекарствами. Подразделение Phybotics компании Applied Resources Corp. представило роботизированную систему для инвалидных колясок Raptor в 2000 году. Raptor получил одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в декабре 1999 года и вошел в историю в июне 2000 года как первая продажа оборудования, одобренного FDA. робот-инвалидная коляска в США.Raptor также продается в Нидерландах.

Raptor оказывает помощь людям с тяжелыми формами инвалидности, использующим инвалидные коляски с электроприводом. Колено манипулятора робота содержит прямоугольный редуктор от Torque Transmission, который обеспечивает двойной выход вала через расширенный входной вал.

Компания искала альтернативу тяжелым и дорогим металлическим коробкам передач, доступным на рынке, и обратилась за помощью в Torque Transmission. «Инженеры Torque Transmission оснастили наш стандартный RAB-1, прямоугольный редукторный редуктор со специальной зубчатой ​​передачей, чтобы обеспечить больший крутящий момент для удовлетворения требований заказчика, — пояснил Джон Рамп, президент подразделения Torque Transmission.«В результате получился недорогой, очень легкий, но надежный привод», — заключил он.

«Коробка передач с трансмиссией крутящего момента была выбрана из-за ее небольших габаритов, легкого веса и высокого крутящего момента», — отметил Крейг Вундерли, главный инженер отдела прикладных ресурсов. «Мы подвергли правильные угловые приводы строгим испытаниям, и эти приводы успешно прошли все наши испытания», — заключил он.

Угловой редуктор под углом

Прямоугольный угловой редуктор (RAB) трансмиссии крутящего момента

имеет размеры 3-21 / 32 дюйма x 3-15 / 16 дюйма x 1-1 / 4 дюйма в глубину и весит 12 унций.В нем используются шарикоподшипники и шестерни из закаленной стали с экранированной смазкой, он рассчитан на 1600 об / мин, а максимальная скорость 1/3 лошадиных сил составляет 3000 об / мин. RAB передачи крутящего момента также имеет выбор из одного или двух входов и передаточное число 1: 1 или 2: 1, правую или левую конфигурацию, и может работать в любом направлении.

Основные характеристики

• Низкая стоимость. Половина стоимости сопоставимых дисков в металлическом корпусе
• Выбор материалов корпуса и вала: — Соответствует RoHos
• Доступны индивидуальные зубчатые колеса, длина корпуса и вала, а также материалы
• Более длительный срок службы
• Меньше износа
• Улучшенный контакт зубьев
• Тихая работа
• Наиболее эффективная конструкция передачи мощности в условиях номинальной нагрузки

Типичное применение прямоугольных угловых зубчатых передач передачи крутящего момента охватывает широкий спектр применений, включая медицинское и физиотерапевтическое оборудование, упаковочное оборудование или любые другие приложения, требующие малой мощности, где требуется высококачественная, но компактная, легкая и экономичная передача энергии.

Узнать больше

Torque Transmission специализируется на системах привода с дробной мощностью, но не ограничивается ими, и может работать со всеми различными скоростями и передаточными числами двигателей. В Torque Transmission инженер-конструктор не привязан к конкретной конструкции. Вы найдете команду, готовую предложить решения.

Обратитесь в компанию Torque Transmission прямо сейчас, чтобы мы смогли найти недорогую коробку передач, соответствующую вашим потребностям и вашему бюджету.

Читатели, интересующиеся коробкой передач для роботов, заинтересованы в этих связанных сообщениях:

«Революционная» пластиковая коробка передач «превзойдет металлические коробки»

«Революционная» пластиковая коробка передач «превзойдет металлические коробки»

21 июня, 2018

Genesis Robotics утверждает, что разработала первую в мире пластиковую коробку передач, которая превосходит металлические коробки передач.Беззазорная коробка, которую она называет усилителем крутящего момента Reflex, имеет в четыре раза больше зацепленных зубьев, чем обычный планетарный редуктор, что позволяет достичь аналогичного отношения крутящего момента к массе. А поскольку его части можно лить под давлением, производство должно быть проще и дешевле.

По словам технического директора канадской компании Джеймса Классена, «проблема» обычных планетарных редукторов заключается в том, что их подшипники и подшипники увеличивают вес, инерцию и стоимость.

Секрет «революционных» характеристик Reflex, объясняет он, — это пара неподвижных коронных шестерен (со встроенными подшипниками) по обе стороны от дисковой коробки передач. Коробка направляет симметричную передачу усилия от этих шестерен к центральному выходному венцу. Все силы уравновешены, а симметричная конструкция предотвращает крутильные отклонения планетарных шестерен, а также устраняет необходимость в водиле планетарной передачи и подшипниках планетарной передачи.

За счет исключения подшипников планетарные шестерни могут быть полыми, что снижает вес и вносит небольшую сжимаемость в радиальном направлении.Это обеспечивает достаточно жесткую передачу крутящего момента в осевом направлении при небольшой радиальной гибкости. Это позволяет предварительно нагружать шестерни, что в сочетании с использованием конических зубьев устраняет люфт.

Небольшое изгибание планет в радиальном направлении также компенсирует любое расширение, вызванное теплом, позволяя им плавно работать при любой температуре.

«Уникальная конструкция коробки передач позволяет задействовать в четыре раза больше зубьев по сравнению с типичной металлической коробкой передач», — говорит Классен.«Пластик составляет четверть прочности стали, поэтому с четырехкратным количеством зубьев мы получаем такое же соотношение крутящего момента к весу, но при гораздо более низкой стоимости».

Genesis утверждает, что его коробка передач с нулевым люфтом, сформированная из легких, литых под давлением пластмассовых деталей, будет обеспечивать такие же характеристики крутящего момента, что и металлические планетарные коробки передач.

Он описывает новый дизайн как «кульминацию 35 лет разработки».

Усилитель крутящего момента предлагает масштабируемый крутящий момент, размер и передаточное число, что позволяет адаптировать его к различным приложениям.Но главный интерес Genesis заключается в его потенциальной способности предоставлять недорогих высокопроизводительных роботов.

Коробка с обратным приводом может быть объединена с существующим двигателем Livedrive компании, который, как утверждается, имеет в три раза больший крутящий момент, чем любой другой двигатель, для создания безопасных и недорогих роботов-манипуляторов из литьевого пластика с меньшим количеством деталей, которые будут соответствовать — или даже улучшать — характеристики обычных металлических манипуляторов роботов.

«Выходная линия по центру исключает острие ножниц на роботе и делает его более похожим на человеческую руку», — отмечает Классен.«Таким образом получается более безопасный, плавный и менее дорогой робот, потому что это гораздо более простая конструкция».

Первоначально Genesis планирует предложить версию усилителя крутящего момента диаметром 160 мм и шириной 53,5 мм, весом 760 граммов, с номинальным крутящим моментом 44 Нм, максимальным крутящим моментом 87 Нм и передаточным числом около 30: 1. Масштабируемая технология может обеспечивать соотношение от 4: 1 до 400: 1.

Планетарные передачи усилителя крутящего момента симметричны, что исключает крутильные отклонения и необходимость в водиле и соответствующих подшипниках шестерни.

---

Коробка передач для робототехники | Компания RTP

Пример конечного использования

• Композит из очень длинных волокон снижает вес, сохраняя при этом прочность для коробки передач робототехники

В качестве наставника-волонтера на соревнованиях по робототехнике FIRST® Энди Бейкер увидел большие различия между командами — не в талантах, а в доступе к ресурсам, которые помогли бы им воплотить свои идеи в жизнь. FIRST — это некоммерческая организация, которая помогает студентам развивать научные и инженерные навыки, создавая собственных роботов, используемых для борьбы за стипендии.

«Не у всех был близлежащий магазин хобби по робототехнике, где они могли найти или изготовить детали, которые они придумали. Те, кто этого не сделал, оказались в невыгодном положении », — сказал Бейкер.

Увидев возможность помочь программе, Бейкер и Марк Коорс, также являющиеся наставниками ПЕРВЫХ, основали AndyMark, Inc., чтобы обеспечить универсальный магазин специализированных деталей для роботов, а также всего остального, необходимого разработчикам роботов. Теперь растущая компания проводит соревнования FIRST, а также аналогичные соревнования для «ботов» вместе с любителями по всему миру.

Поскольку компания AndyMark основана на инновациях, основатели часто изучают свой каталог компонентов в поисках компонентов, которые можно улучшить. Недавно их внимание привлек алюминиевый комплект коробки передач. Бейкер, опытный инженер-механик, считал, что корпус может быть изготовлен из армированного пластика, что означает меньшее количество деталей для облегчения сборки учащимися, а также меньший вес и повышенную долговечность.

«Вес — это святой Грааль в этих соревнованиях», — отметил Бейкер. «Каждый старается разместить на своем роботе как можно больше вещей, не превышающих установленный предел веса.”

Зная о репутации компании RTP по предыдущей работе, Бейкер поручил инженерам компании работать над решением. Результатом стал переработанный дизайн, ориентированный на материалы, в результате которого появилась новая коробка передач с меньшим количеством деталей, более надежной сборкой, превосходной прочностью и, что самое главное, легче на полфунта (1/4 кг).

Далее новый комплект стоит примерно столько же, сколько старый, что немаловажно для AndyMark. «Эти дети часто проводят распродажу выпечки, чтобы заработать необходимые средства; мы хотим удерживать наши цены на минимально возможном уровне », — сказал Бейкер.

Используемый материал — нейлон 6/6, армированный очень длинными волокнами серии RTP 200. Сначала он использовался в коробке передач Toughbox Mini от AndyMark, а затем в коробке передач CIMpleBox, которая в этом сезоне стала стандартной коробкой передач для всех комплектов роботов FIRST — более 2000 команд использовали ее без единой поломки.

«Мы поговорили со многими строителями и услышали только положительные отзывы о новых проектах», — сказал Бейкер.

Партнерство с заказным компаундером с полным спектром услуг сыграло важную роль в успехе переработанных коробок передач.«Компания RTP предоставила нам огромную техническую поддержку, их инженеры CAE провели анализ потока и исследования деформации различных материалов под нагрузкой, чтобы помочь нам найти лучшее решение», — сказал Бейкер. «Сейчас мы работаем с ними над переработкой третьей части и надеемся на дальнейшую совместную работу в будущем».

Основанная в 2004 году компания AndyMark, Inc. из Кокомо, штат Индиана, разрабатывает и разрабатывает компоненты для робототехники и мобильных приложений. Для получения дополнительной информации посетите их веб-сайт www.andymark.com. Чтобы узнать о FIRST, посетите www.usfirst.org.

Высокоточный редуктор для робототехники Melior Motion

Прецизионные редукторы с низким люфтом:

Узлы PSC-V / H-E серии meliormotion®

Melior Motion предлагает высокоточные редукторы, которые при люфте ≤ 0,1 угл. Мин. Считаются беззазорными. Благодаря нашему запатентованному решению для регулирования износа мы гарантируем, что он не изменится в течение всего срока службы.

Прецизионные редукторы с низким люфтом — эффективные и надежные

Большую безопасность в вашем применении обеспечивают редукторы с низким люфтом благодаря высокой мощности, ускорению и моментам аварийной остановки.Наша серия коробок передач отличается исключительно высокой жесткостью на опрокидывание и скручивание. Это обеспечивает точное позиционирование прямо к точке.

Коробки передач и элементы привода

Наши прецизионные редукторы с низким люфтом достигают особенно высокого уровня производительности благодаря одновременному включению нескольких зубьев (солнечная шестерня, планетарная шестерня и коронная шестерня). КПД> 90% и чрезвычайно низкий момент отрыва обеспечивают выдающуюся энергоэффективность. Благодаря высокому КПД температура трансмиссии остается постоянно низкой, что продлевает срок службы сальников, компонентов трансмиссии и смазки.

Результат — впечатляющий срок службы — 20 000 часов. Это намного больше, чем возможно с другими конструкциями прецизионных редукторов, и это было подтверждено многочисленными испытаниями.

В то же время уникальная конструкция нашего прецизионного редуктора с низким люфтом обеспечивает чрезвычайно тихую работу. Таким образом снижается уровень шума в рабочей среде.

Не только тихие, но и точные, узлы эффективно работают даже при низком крутящем моменте, что позволяет точно контролировать небольшие движения.

Редукторы с полым валом для прокладки кабеля

Полые валы диаметром до 75 мм позволяют, например, прокладывать линии передачи данных или питания.

Конструкция зубчатой ​​передачи наших продуктов позволяет использовать стандартные трансмиссионные масла, а также подходит для использования со смазкой, совместимой с пищевыми продуктами.
Подузлы PSC-V / H-E также подходят в качестве высокоточных редукторов с выходным фланцем для ваших узкоспециализированных применений.

• Диапазон крутящего момента 400 — 4500 Нм
• Наружный диаметр 180-329 мм
• Диапазон соотношений: 35: 1 — 200: 1

Подузлы PSC-V / H-E

Комплексная конструкция

Применение подузлов PSC обычно используется в робототехнике, где соединение с двигателем может быть включено в конструкцию манипулятора робота для оптимизации пространства и затрат.
Другие применения этого варианта конструкции можно найти в автоматизации, станках, полиграфической промышленности, упаковочных машинах, поворотных столах, медицинской технике и т. Д.

Harmonic Drive — Руководство по выбору шестерен для робототехники

Постоянное давление на инжиниринговые компании с целью сокращения затрат, повышения эффективности и повышения рентабельности инвестиций (ROI) подталкивает многих бизнес-лидеров к рассмотрению альтернатив системам двигателей с прямым приводом в виде различных решений с механической трансмиссией.Хотя системы зубчатых передач могут предлагать простоту, экономичность и гибкость, не всегда ясно, какой тип настройки лучше всего использовать. Здесь Грэм Макрелл, управляющий директор Harmonic Drive UK, исследует и критикует четыре основных типа передач.

Нет сомнений в том, что зубчатые передачи играют решающую роль в мире, в котором мы живем. От крупномасштабного глубоководного бурения нефтяных и газовых скважин и промышленного производства по всему миру до небольших приложений, таких как конвейерная лента на кассовых станциях в вашем регионе. супермаркет и даже крошечная коробка передач в дворниках вашего автомобиля, шестерни бесценны.

Тогда неудивительно, что, если не учитывать кратковременный спад во время финансового кризиса 2009 года, мировой рынок коробок передач и мотор-редукторов в последнее десятилетие рос из года в год. Недавнее исследование Frost & Sullivan показало, что в 2013 году рынок получил выручку в размере 12,8 млрд долларов и, отчасти благодаря продолжающимся инновациям в ветроэнергетике, по оценкам, к 2017 году достигнет 15,67 млрд долларов.

В настоящее время рынок ориентирован географически на Азиатско-Тихоокеанский регион.Однако замедление роста китайской экономики из-за перепроизводства в последние годы, в дополнение к растущему спросу на высокоточные зубчатые передачи для вещания и авиакосмической промышленности, должно обеспечить рост в регионах Северной Америки и Европы.

Технология зубчатой ​​передачи
Хотя сейчас есть множество электрических конфигураций на выбор, так было не всегда. До широкого распространения электрических инноваций в технологии асинхронных двигателей и появления приводов с регулируемой скоростью (VSD) регулирование выходной скорости системы осуществлялось с помощью зубчатых колес.

Это означает, что конечная выходная скорость типичного двигателя с короткозамкнутым ротором, работающего со скоростью 1440 об / мин, может быть уменьшена по мере необходимости путем изменения передаточного числа редуктора. Это увеличивает гибкость, позволяя использовать один и тот же двигатель для различных скоростей без преобразователя частоты.

Теперь, конечно, можно управлять скоростью двигателя с помощью частотно-регулируемых приводов, однако привод не может заменить шестерни другие ключевые преимущества, умножение крутящего момента и согласование момента инерции, что позволяет относительно небольшому двигателю малой мощности перемещаться и точно управлять большим нагрузки, что снижает эксплуатационные расходы, а также общий вес и размер машины.

Цилиндрическая зубчатая передача
Попросите ребенка нарисовать шестерню, и вы получите прямозубую шестерню — диск с радиально выступающими зубьями. Цилиндрические зубчатые колеса, используемые во всем: от стиральных машин, автомобилей и часов до промышленных отрезных станков и электростанций, дешевы и просты в установке. Они обладают хорошей эффективностью передачи мощности и постоянным передаточным числом с возможностью передачи большого количества энергии, до 50 000 кВт.

Для тех, кто использует этот базовый тип зубчатой ​​передачи и близкую к ней косозубую шестерню, следует учесть несколько соображений.Обычно эти шестерни имеют значительный люфт, и хотя они могут быть оснащены компенсацией люфта, эта точность не сохраняется на протяжении всего срока службы шестерни без регулировки.

Кроме того, прямозубые цилиндрические зубчатые колеса могут быть шумными на высоких скоростях, а косозубые — в меньшей степени. Кроме того, хотя они имеют возможность изменять конфигурацию, они могут занимать большую площадь, особенно при высоких передаточных числах, отчасти из-за того, что каждый отдельный вал шестерни должен поддерживаться в собственных подшипниках.

Коническая шестерня может рассматриваться в том же семействе, что и прямозубая / косозубая шестерня, а также может иметь прямое или косозубое нарезание.Здесь применимы многие из вышеперечисленных соображений, хотя прямоугольный характер этой передачи может помочь в приложениях, где пространство ограничено.

Червячная передача
Так называемый, из-за движения, подобного дождевому червю, червячный привод состоит из двух частей: винтовой червячной передачи и большого прямозубого червячного колеса. Червячная передача, расположенная перпендикулярно оси вращения, представляет собой компактное решение и может быть достигнута большая одноступенчатая передача, однако большие передаточные числа страдают от низкого КПД.

Конструкция червячной передачи означает, что большой полый вал можно просверлить в центральном цилиндре червячного колеса, что облегчает прокладку кабелей и коммуникаций. С некоторыми модификациями этот тип зубчатого колеса также может обеспечивать относительно хорошую точность.

Увеличивая давление на соприкасающиеся поверхности, можно уменьшить люфт, поперечное перемещение, наблюдаемое в системе зубчатых передач. Тем не менее, это увеличивает износ зубьев, снижает эффективность и означает, что регулировка в течение эксплуатации часто необходима для поддержания точности коробки передач.

Планетарные передачи
Переходя к следующей категории, у нас есть планетарные передачи. Более известные как планетарные шестерни, они установлены таким образом, что несколько шестерен, обычно от трех до пяти, вращаются, как планеты, вокруг центральной солнечной шестерни, окруженной внешней кольцевой шестерней.

Планетарные передачи обеспечивают высокую удельную мощность, КПД более 95% и благодаря своей конструкции очень компактны. Точность может быть высокой, с минимальным люфтом до 1 угловой минуты.Комбинируя несколько ступеней зубчатой ​​передачи, можно достичь высоких передаточных чисел, при этом максимальное одноступенчатое передаточное число обычно составляет 10: 1. Планетарные шестерни обычно дороже, чем косозубые, и могут требовать большего обслуживания из-за большего количества деталей.

Для более точных применений мы разработали здесь, в Harmonic Drive, ряд планетарных шестерен. Наша линейка HPG оснащена уникальной гибкой коронной шестерней, позволяющей предварительно нагружать зацепление между планетарной и кольцевой шестернями, что увеличивает точность до одной угловой минуты, и испытания показали, что эта система предварительной нагрузки обеспечивает превосходную повторяемость во времени.

Усовершенствованный модельный ряд HPGP имеет 4 планетарных шестерни, увеличивающих крутящий момент в зависимости от размера. Наша серия HPN представляет собой более обычную шестерню с косозубой передачей для увеличения крутящего момента и снижения шума, она доступна с точностью до 5 угловых минут.

Тензорезистор
Наивысшая точность и качество — это деформационно-волновой механизм, также известный как гармонический привод. Для приложений, требующих высочайшей плотности мощности и точности, необходима волновая передача.В таких требовательных приложениях, как управление движением в радиовещании, добыча нефти и газа, робототехника, аэрокосмическая промышленность, метрология и высокоточные промышленные станки, необходимы деформационно-волновые передачи.

Тензорезистор состоит из трех частей. Внешний круговой шлиц, фиксированное кольцо с зубьями шестерни внутри, зацепляется с внутренним Flexspline, гибким кольцом с зубьями шестерни снаружи, Flexspline меньше по диаметру, чем круговой шлиц, и имеет меньше зубьев, поэтому не зацепляется без третьего компонента, эллиптический генератор волн, установленный по центру, прикрепленный к входному валу.

Деформационно-волновая передача уникальна тем, что возможны очень высокие одноступенчатые передаточные числа от 30: 1 до 320: 1 в том же пространстве, в котором планетарная передача может достигать передаточного числа только 10: 1. Этот впечатляющий подвиг становится еще более впечатляющим благодаря сохранению компактных размеров, очень небольшого веса, нулевого люфта, небольшого количества компонентов и очень высокого уровня крутящего момента.

Центральный вал можно даже расточить, чтобы получить полый вал максимально большого диаметра на концентрической передаче. Именно эти характеристики привели к тому, что НАСА выбрало Harmonic Drive для включения в марсоход.

Подготовка к работе
Понятно, что мир шестеренок сложнее, чем кажется на первый взгляд. Правильный выбор передачи для вашего конкретного приложения может радикально изменить эффективность работы, потребление энергии и, в конечном итоге, общую стоимость владения. Это становится все более важным аспектом процесса принятия решений по мере того, как мы движемся к ориентированным на экономию средств высокоточным приложениям.

Проектирование и разработка компактного высокомоментного роботизированного привода для космических механизмов | Дж.Механизмы Робототехника

Космическим роботам требуются компактные системы шарнирного привода (JDS), обычно состоящие из привода, трансмиссии, шарнирных элементов, которые могут передавать высокие крутящие моменты через жесткие механические порты. Сегодняшние традиционные космические приводные системы состоят из стандартных приводов и многоступенчатых трансмиссий, которые обычно включают от трех до шести ступеней. Эта текущая практика имеет определенные преимущества, такие как короткое время разработки из-за доступности механических компонентов.Однако ему не хватает интеграции на системном уровне, которая учитывает структуру привода, размер и выходное усилие, структуру трансмиссии, передаточное число и прочность, и часто приводит к длинным и громоздким узлам с большим количеством деталей. В этой статье представлено новое аппаратное обеспечение робота, которое объединяет JDS робота в одно компактное устройство, оптимизированное для его размера и максимальной плотности крутящего момента. Это достигается путем разработки роботизированного соединения с использованием специальной трансмиссии, которая при численной оптимизации может создавать неограниченные передаточные числа, используя только две ступени.Конструкция компьютеризирована, чтобы получить все решения, которые удовлетворяют его кинематическим отношениям в пределах заданного диаметра привода. По сравнению с существующими роботизированными приводами предлагаемая конструкция может привести к созданию более коротких сборок со значительно меньшим количеством деталей при том же выходном крутящем моменте. Теоретические результаты демонстрируют потенциал примера устройства, для которого был изготовлен доказательный пластиковый макет, который может обеспечить крутящий момент более 200 Н · м в корпусе размером с локтевой сустав человека.Предлагаемая технология может иметь серьезные технологические последствия в других отраслях, таких как механическое протезирование и реабилитационное оборудование.

Для многих робототехнических приложений требуются компактные системы шарнирных приводов (JDS), которые могут создавать высокие крутящие моменты на низких скоростях для таких приложений, как космические роботы. Обычные приводные системы разрабатываются путем последовательного соединения привода с какой-либо трансмиссией с высоким передаточным числом, такой как электродвигатель с гармонической передачей (HD) или планетарной зубчатой ​​передачей (PGT).Несмотря на свою популярность, этот подход часто приводит к созданию длинных и громоздких сборок, которые увеличивают размер и сложность робота и уменьшают его рабочее пространство и размер укладки [1]. Кроме того, обычные компактные трансмиссии с высоким передаточным числом, такие как гармонические приводы, имеют высокое трение и низкую жесткость, что ограничивает их способность работать как чисто усилители крутящего момента в отсутствие схем нелинейного управления крутящим моментом [2].

В качестве альтернативы, обычные планетарные и обычные зубчатые передачи требуют наличия нескольких ступеней для достижения высоких передаточных чисел и могут привести к созданию длинных и громоздких узлов для приложений с высоким крутящим моментом.Другие типы роботизированных приводных систем основаны на интеллектуальных материалах, таких как пьезоэлектрик, сплавы с памятью формы, магнитореологические и электроактивно-полимерные приводы. Они имели ограниченный успех в разработке полнофункциональных роботизированных приводных систем, либо все еще находятся на ранних стадиях практического внедрения, либо не достигли окончательных результатов. Следовательно, разработка компактных и эффективных систем привода может улучшить производительность многих роботизированных систем и систем управления движением, особенно мобильных приложений с жесткими требованиями к крутящему моменту и размеру.Такие улучшения в технологии приводных систем могут также позволить рождение новых продуктов, таких как легкие протезы, которые невозможны с существующими двигателями и системами трансмиссии [3]. До настоящего времени портативные энергетические системы для переобучения голеностопного сустава имели ограниченную коммерциализацию за пределами специализированных больниц и реабилитационных клиник, главным образом из-за отсутствия адекватных готовых актуаторных технологий [4]. Чтобы облегчить развитие этих устройств в более удобные для пользователя системы, следует разработать новые формы приведения в действие с такими ключевыми возможностями, как высокий выходной крутящий момент / усилие, легкий, ненавязчивый и энергоэффективный.

Робот JDS соединяет и приводит в движение два звена робота относительно друг друга (см. Рис. 1). Для выполнения своих функций JDS должен содержать (1) привод для подачи силы или крутящего момента, (2) трансмиссию для усиления силы привода и, наконец, (3) конструкцию шарнира, которая ограничивает подвижность звеньев до одного градуса. -свободы при несении нагрузок в остальных степенях свободы.

Независимо от размера и веса, динамика JDS в основном определяется характеристиками привода / трансмиссии, такими как передаточное число, жесткость трансмиссии, инерция, трение и люфт.Эти свойства играют ключевую роль в работе робота, а также в разработке его системы управления. Например, передача с низкой жесткостью уменьшает полосу пропускания сил системы привода и вносит нестабильность в контуры обратной связи с высоким коэффициентом усиления [5]. Кроме того, трение трансмиссии повышает требования к пусковому крутящему моменту привода, увеличивает его размер и снижает точность. В случае ограничений трансмиссии, таких как нелинейное трение и / или жесткость, используются нелинейные регуляторы для улучшения отношения входного / выходного крутящего момента трансмиссии [6].

В течение последних четырех десятилетий значительное количество исследований было посвящено разработке и пониманию компактных трансмиссий с высоким передаточным числом, таких как гармонические передачи. Гармонические приводы в первую очередь полезны для разработки компактных приводных систем с высоким крутящим моментом [7]. Несмотря на их популярность, два основных эксплуатационных недостатка гармонических приводов — это высокое трение и низкая жесткость. Трение восходит к основному принципу работы гармонического привода, который основан на трении скользящих зубцов между его гибкой линией и круговой шлицей.Еще один источник трения в гармоническом приводе — это высокая радиальная предварительная нагрузка генератора волн. Трение в гармонических двигателях широко изучается многими исследователями, например, в работах [3,16]. [8] и [9], и хорошо известно, что он демонстрирует нелинейное поведение в результате действия скользящих зубцов. Кроме того, работа передачи гармонического привода основана на непрерывной деформации ее основного компонента, гибкой линии. Эта гибкость создает путь нагрузки с низкой жесткостью, который уменьшает рабочую полосу пропускания робота, вызывает резонанс и создает эффект люфта [9,10].В результате гармонические приводы не работают как чистые усилители крутящего момента [11,12], так что их отклик скорости без обратной связи загрязнен не только вибрациями, но и непредсказуемыми скачками скорости после областей резонанса [9]. Наконец, гармонические приводы ограничены передаточными числами ниже 1: 320 [13] по конструкции и неэффективны в низкотемпературных средах, таких как космос [14].

Другими широко используемыми передачами в роботизированных механизмах являются PGT, такие как в Refs.[15–17]. Европейский роботизированный манипулятор использует четырехступенчатый планетарный редуктор с передаточным числом 450: 1 на его шарнирах [16]. Чтобы уменьшить количество деталей и сложность сборки, коронные шестерни разделены между первой и последней двумя ступенями. Точно так же в системе привода марсохода [17] используются трансмиссии, состоящие из трех-пяти ступеней с передаточными числами от 1528: 1 до более 5000: 1. Потребность в повышенном понижении передачи важна во многих космических приложениях, поскольку они приводятся в движение с высоким крутящим моментом и низкой скоростью.Следовательно, реализация PGT в космических механизмах часто включает многоступенчатые зубчатые передачи, которые охватывают большое количество деталей, таких как водила планетарной передачи, подшипники водила и отдельные подшипники планетарной передачи, что не только увеличивает сложность, но и снижает надежность таких механизмов.

Другое недавнее исследование роботизированных приводных систем касалось проблемы оптимизации соединения двигатель / трансмиссия для его наибольшего крутящего момента на инерцию при предположении, что высокие передаточные числа добавляют массу, инерцию и потери на трение [18].Его результаты показывают, что самый большой двигатель и наименьшая трансмиссия в пределах размера соединения являются оптимальными. Однако этот подход не рассматривает приложения, требующие высоких крутящих моментов при ограниченной допустимой силе тока, такие как космические роботы.

Другими типами компактных трансмиссий в литературе по робототехнике и управлению движением являются циклоидальные редукторы [19,20] или гибридные комбинации планетарных и циклоидальных передач, известные как редукторы RV.Анализ этих механизмов показал, что, хотя они имеют более высокий КПД по сравнению с гармоническими приводами, они страдают от значительного люфта и больших ошибок передачи [21]. Кроме того, кажется, что в литературе есть пробел, касающийся максимально допустимых передаточных чисел циклоидальных приводов по отношению к их максимальному выходному крутящему моменту.

Таким образом, большинство систем привода, разработанных на сегодняшний день, основаны на коммерческих двигателях, соединенных с редукторными трансмиссиями того или иного типа [22–24], и не имеют интеграции на системном уровне для двигателя, трансмиссии и совместной конструкции.

В следующей статье рассматривается интеграция конструкции и оптимизация роботизированной системы привода с учетом конструкции двигателя и выходного крутящего момента, конструкции и прочности трансмиссии, передаточного числа, опоры выходного подшипника и конструкции шарнира робота. Мы также предлагаем новую дифференциальную планетарную трансмиссию, которая при должной оптимизации способна обеспечивать практически любое передаточное число и которая, согласно обширным исследованиям авторов, никогда не изучалась в контексте разработки роботизированных шарниров.Однако трансмиссии с дифференциальным приводом были первоначально разработаны для автомобильной промышленности для распределения крутящего момента двигателя [25].

Ссылаясь на ранее связанную работу в Refs. [26] и [27], в этой статье рассматривается детальная конструкция механизма срабатывания JDS и представлена ​​численная оптимизационная модель для его узла двигатель / трансмиссия. Кроме того, изучаются два тематических исследования, показывающих сравнение с обычным гармоническим приводом и планетарной трансмиссией.По сравнению с космическими приводными системами, которые были опубликованы в литературе, например, в статьях. [27–29], предлагаемая конструкция не только компактна, но и более универсальна благодаря своей инновационной конструкции трансмиссии, которая может обеспечивать любое передаточное число от 1: 1 до 5000: 1, используя только две ступени и стандартные диаметральные шаги. Кроме того, предлагаемый JDS является самоблокирующимся из-за своего высокого передаточного числа и, как таковой, не требует фиксирующего тормоза двигателя при больших передаточных числах, как в Ref. [27] для сохранения положения нагрузки в случае внезапной потери мощности.

Трансмиссия JDS представляет собой двухступенчатую дифференциальную планетарную передачу, схематически изображенную на рис. 2. Входом в этот механизм является солнечная шестерня ( N ₂ ), а выходом — коронная шестерня ( N ₅ ). Механизм крепится к массе с помощью зубчатого венца первой ступени ( N ₁ ). Две планеты ( N ₄ , N ₆ ) с обеих ступеней жестко прикреплены и, как таковые, ведут себя как одно твердое тело.

Трансмиссия приводится в движение двигателем с внешним ротором, встроенным в ее солнечную шестерню, как показано на рис. 3. Набор цилиндрических поверхностей роликов удерживает радиальное положение планетарной группы, что устраняет необходимость в водиле, планетах, двигателе и т. Д. и несущие подшипники. Симметрия земля-земля применяется для уравновешивания внутренних моментов рыскания, которые в противном случае действовали бы на планеты из-за пары моментов земля-выход.

Ключ к преимуществу этой концепции в высоком крутящем моменте описан на схемах свободного тела планетарно-планетарной муфты ( N ₄ , N ₆ ), показанных на рис. 4. Шестерни представлены своими диаметры шага (PD) для простоты, где D ₁ , D ₂ , D ₄ , D ₅ и D ₆ обозначают диаметры шага заземляющая коронная шестерня, солнечная шестерня первой ступени, планетарная передача первой ступени, кольцевая шестерня второй ступени и планетарная передача второй ступени, соответственно, и T _в и T _из — это входной и выходной крутящие моменты механизма.

В состоянии равновесия сумма моментов, действующих вокруг мгновенной оси вращения, дает преимущество крутящего момента механизма как

Tout = 2D4D5D2 (D4-D6) Tin

(1)

Уравнение (1) показывает, что выходной крутящий момент обратно пропорционален разнице между диаметрами шага планет ( D ₄ — D ₆ ), так что передаточное число в основном определяется шестернями планет и довольно независимо от размера трансмиссии.Это связано с тем, что входная сила двигателя действует на рычаг момента D ₄ , в то время как выходная сила действует на рычаг с гораздо меньшим крутящим моментом, эквивалентный (D ₄ — D ₆ ) / 2 . В результате этого отношения можно регулировать диаметры шага планет для получения очень высоких передаточных чисел без необходимости добавления дополнительных ступеней. Количество зубьев шестерни, соответствующее таким высоким передаточным числам, обосновано более подробно в гл.2.2 численными методами. Кроме того, как было показано в [5]. [30], что передаточное число привода значительно влияет на величину и распределение кинетической энергии внутри роботов-манипуляторов и может улучшить их пространственную точность за счет уменьшения воздействия их сил инерции. Это еще раз подтверждает важность разработки роботизированных соединений, которые способны создавать большие диапазоны передаточных чисел по своей конструкции.

Другой ключевой характеристикой этой концепции является использование структурной симметрии для уравновешивания внутренних нагрузок внутри трансмиссии, что в противном случае потребовало бы дополнительных несущих опор и компонентов.Схема свободного тела, показанная на рис. 4, показывает, что силы, действующие на сборку планет, лежат в двух разных плоскостях. Это создает момент рыскания, который имеет тенденцию искажать параллельность и перпендикулярность планет по отношению к их плоскости вращения.

Чтобы противодействовать этому моменту рыскания, выходной каскад помещается между двумя симметричными наземными каскадами так, чтобы выходные планеты находились в состоянии равновесия нагрузки двойного сдвига, как показано на рис.5.

Кроме того, эта новая конфигурация позволяет жестко закрепить выход между двумя наземными конструкциями с помощью дуплексных подшипниковых узлов (например, спина к спине, тандем, лицом к лицу) для получения жесткого выхода JDS при всех типах нагрузок. Поперечные силы реакции опоры на землю обеспечивают поддержку против осевых и радиальных нагрузок, как показано на рис. 6.

JDS соединяется с использованием компонентов двойного назначения, чтобы упростить его сборку и уменьшить количество деталей.Компоненты двойного назначения состоят из цилиндрических поверхностей роликов, прилегающих к компонентам зубчатой ​​передачи. Эти поверхности размещают планетарный блок в радиальном направлении, тем самым устраняя необходимость в обычных водилах планетарной передачи и соответствующих подшипниках, а также сохраняя воздушный зазор между статором и ротором (см. Рис. 3). Поверхности роликов имеют диаметр качения, равный диаметру прилегающей шестерни, чтобы синхронизировать тягу шестерни и движение качения, как показано на рис. 7.

Кроме того, планетарный блок удерживается в осевом направлении за счет упора между плоской поверхностью роликов и коронками зубьев коронной шестерни.Это связано с тем, что диаметр планетарного ролика в радиальном направлении больше меньшего диаметра коронной шестерни. В этой конфигурации действие зубьев шестерни и функции опоры подшипника интегрированы друг с другом, что приводит к очень компактной конструкции JDS. Двигатель состоит из внешнего магнитного ротора и полой пластины статора. Ротор встроен в солнечную шестерню, а статор прикреплен к заземленному компоненту, как показано на рис. 3. В концепции воздушный зазор между статором и ротором поддерживается теми же поверхностями роликов, которые радиально устанавливают и выравнивают оставшиеся планетарный кластер.

Учитывая важность плотности крутящего момента (крутящий момент на вес) в системе совместного привода робота, было проведено исследование численной оптимизации аналитической модели для оценки плотности крутящего момента в диапазоне значений параметров шестерни. Традиционно проектирование шестерен — это итеративный процесс, однако в этой статье мы компьютеризируем конструкцию, решив все решения этой конструкции, которые находятся в пределах заданного выходного диаметра.Чтобы ограничить объем оптимизации, были сделаны следующие проектные допущения:

1. (1)

   Диаметр ротора двигателя почти равен диаметру отверстия солнечной шестерни или меньше его.

2. (2)

   Минимальное количество зубьев на ведущей шестерне планетарной передачи составляет 10 (или больше), чтобы избежать подрезки шестерни.

3. (3)

   Крутящий момент двигателя, усиленный передаточным числом, ниже, чем момент отказа трансмиссии.

4. (4)

   Стандартные диаметральные шаги варьируются от 10 до 96 зубцов / дюйм.

Зная, что планеты должны вращаться на одном и том же радиальном расстоянии от центральной оси, обозначенной K на рис. 2, можно записать следующее соотношение: Признавая тот факт, что средний диаметр равен количеству зубьев на диаметральном шаге (= N / P ), уравнение.(2) можно переписать с точки зрения количества зубьев и диаметрального шага, как показано в следующем уравнении:

N2P1 + N4P1 = N5P2 − N6P2 = 2K

(3) где P ₁ и P ₂ — диаметральные шаги первой и второй ступеней соответственно, а N ₄ и N ₆ — количество зубьев планетарных шестерен. , с их значениями в диапазоне от 10 зубьев на шестерню до промежуточного произвольного значения (например,г., 30) с шагом 1 зуб. Кроме того, P ₁ и P ₂ должны иметь определенные значения шага, чтобы использовать стандартные зубчатые фрезы. Зная приблизительный диапазон значений для N ₄ , N ₆ , P ₁ и P ₂ , уравнение. (2) можно использовать для определения количества зубьев солнечной шестерни и вторичного кольцевого колеса, обозначенного как N ₂ и N ₅ , как

Параметры, показанные в таблице 1, были использованы для заполнения переменных передачи по их возможным комбинациям для радиуса орбиты планет, увеличивающегося с 2 до 5 дюймов с шагом 0.1 дюйм. Допуская изменение радиуса рычага от 1 до 2 дюймов, параметры трансмиссии учитываются не только для разного количества зубьев, но и для физического диаметра трансмиссии.

Используя исчерпывающий поиск с помощью вычислений, в котором исключены конфигурации передачи, которые имеют нецелые значения для N ₂ и N ₅ , мы получили приблизительно 2,5 × 10 ⁶ решений с отношениями, изменяющимися от -5000: 1 до +5000: 1.Для каждой из этих конфигураций передаточное число решается с использованием следующего уравнения:

ToutTin = 1 + N1N21 − N1N6N4N5

(7) Поскольку геометрию зубьев можно извлечь из диаметральных шагов и количества зубьев, можно выполнить анализ прочности на каждой конфигурации передачи во время вычислительного цикла. Статический анализ сил показывает, что планеты являются самыми слабыми компонентами трансмиссии и поэтому ограничивают максимальный выходной крутящий момент JDS. В частности, механическая мощность передается по трем точкам сетки, как показано на рис.8.

Линейные скорости (скорость прохождения зубьев) и силы передачи в точках сетки задаются как

Используя скорости и силы по тангажу, можно получить динамические коэффициенты и соответствующие силы разрушения для всех возможных конфигураций трансмиссии.Для этого планетарные напряжения рассчитываются с использованием критериев рейтинга передач Американской ассоциации производителей зубчатых колес (AGMA), включая геометрические, материальные, монтажные и надежные факторы, связанные с каждой передачей. Выходные силы, которые могут вызвать разрушение в трех точках сетки, рассчитываются с использованием контактных и изгибающих напряжений (см. AGMA 2001-DO4). Другие оставшиеся факторы, такие как перегрузка, монтаж, надежность и твердость поверхности, выбираются в соответствии с процессом изготовления / сборки.Наконец, вычислительный алгоритм возвращает матрицу, в которой каждая строка соответствует одной конфигурации этой конфигурации, а столбцы — ее соответствующие параметры. Репрезентативная выборка решений представлена ​​в таблице 2.

Плотность крутящего момента JDS рассчитывается на основе крутящего момента при отказе и расчетного веса шестерен и двигателя. На рисунке 9 показано соотношение между передаточным числом и плотностью крутящего момента JDS.Каждая точка представляет одну конфигурацию JDS. Отрицательные отношения указывают на обратное направление между входными / выходными движениями трансмиссии.

Поскольку взаимосвязь между передаточным числом и плотностью крутящего момента ограничивается способностью двигателя выдавать достаточный крутящий момент при определенном передаточном числе, решения JDS затем были отфильтрованы с использованием диаметра двигателя (взятого из диаметра отверстия солнечной шестерни) по требуемому двигателю. крутящий момент (крутящий момент отказа JDS в зависимости от передаточного числа).Этот процесс исключает конфигурации JDS с двигателями большего и меньшего размера и оставляет около 460 решений из возможных 2,5 × 10 ⁶ . Эти конфигурации показаны на рис. 10. Классификация двигателей по размерам была оценена в соответствии с данными, предоставленными BEI KIMCO Magnetics, Inc (Сан-Диего, Калифорния). ²

После анализа данных одна комбинация приводов с максимально возможной плотностью крутящего момента с диаметром JDS, равным 4.5 дюймов было выбрано с учетом технологичности системы и использования стандартных компонентов подшипников. Эти характеристики перечислены в Таблице 3. Из Таблицы 3 очевидно, что только небольших различий в диаметрах шага планет (17,65 мм, 17,57 мм) достаточно для получения высокого передаточного числа (1: 900). Для соответствия этим спецификациям было разработано несколько концепций дизайна с использованием, по возможности, стандартных механических компонентов. В предварительной концепции, показанной на рис. 11, шестерня с меньшей шириной торца размещается на более длинном плече момента, чтобы уравновесить момент рыскания, как показано на рис.4.

Следует отметить, что в двух ступенях используются несколько разные нормальные диаметральные шаги, так что рабочие диаметры шага планетарных и коронных шестерен почти, но не в точности равны при высоких передаточных числах. Среднее передаточное число на один оборот на выходе постоянно, так как оно зависит от количества зубьев на шестернях. Точность изготовления влияет на мгновенную ошибку передаточного числа, обычно известную как кинематическая ошибка, которая отвечает за шум и вибрации в коробке передач, и выходит за рамки данной статьи.

Была установлена ​​матрица проектирования между различными концепциями с учетом прочности конструкции и рассеивания тепла, производственных допусков и выравнивания кластера планетарных шестерен. Конечный элемент прочности и термический анализ были выполнены на механизме, чтобы гарантировать производительность в соответствии со спецификациями, изложенными в таблице 3. Окончательная модель автоматизированного проектирования представлена ​​на рисунке 12.Некоторые из основных проблем проектирования, с которыми сталкивается эта концепция, — это точность выравнивания «земля-земля» и рассеивание тепла двигателем. Результаты анализа методом конечных элементов (FEA) подтвердили аналитические прочностные и тепловые модели, а также подтвердили допустимый крутящий момент трансмиссии и рассеивание тепла двигателя. Пластиковый макет был разработан с использованием технологии аддитивного производства, чтобы получить практическое представление о конструкции JDS, а инженерная модель показана на рис. 13. Макет успешно подтвердил передаточное число и предоставил практическую обратную связь по конструкции при эксплуатации и сборке механизма до его установки. разработка дорогостоящего металлического варианта системы.

В JDS используется конструкция с двойным заземлением, чтобы удерживать выходное звено через взаимно встречный подшипник. Таким образом, в конструкции используются два тонких угловых шарикоподшипника (толщиной 1/4 дюйма), которые находятся на расстоянии 1,35 дюйма друг от друга, чтобы эффективно выдерживать изгибающие моменты до 847,4 Н · м при статическом коэффициенте безопасности 1,

.

Анализ напряжения скручивания был проведен на центральном валу, который несет половину выходной нагрузки, эквивалентной 135.1 Н · м. Исследование показало максимальное напряжение сдвига 64 МПа в зависимости от геометрии вала (внешний диаметр = 0,9 дюйма, внутренний диаметр = 0,5 дюйма), что эквивалентно коэффициенту безопасности 3,1 для алюминия 6061. Соответствующие результаты FEA показаны на рис. 14. Благодаря конструкции с двойным сдвигом выходной крутящий момент равномерно распределяется между наземными ступенями, что приводит к низким напряжениям во всей удерживающей конструкции.

Другой анализ методом конечных элементов был разработан для оценки прочности шестерен планет, которые являются самыми слабыми компонентами трансмиссии, как показано на рис.15.

По результатам FEA наибольшие напряжения регистрируются в точках контакта и около корней зубьев шестерни. Максимальное расчетное напряжение составляет около 250 МПа. Это дает коэффициент безопасности 1,52 для легированной стали 4150, подвергнутой закалке и отпуску до RC 57-61.

Адаптация исполнительного механизма к плоской роботизированной руке изображена на рис.16. В дополнение к компактным размерам и большому выходному крутящему моменту, цельная конструкция привода поддерживает как одинарные, так и двойные срезные звенья на выходном и заземляющем элементах, соответственно. При установке на звено с двойным срезом жесткость соединения на кручение увеличивается, поскольку он действует параллельно центральному валу. Кроме того, вся электроника обратной связи и связи интегрирована и размещена в сборке JDS.

Конструкция манипулятора робота, показанная на рис.17 обладают как высокой полезной нагрузкой, так и очень компактным профилем, что позволяет стрелке исключительно хорошо работать в мобильных приложениях. Ключевой технологией, позволяющей использовать стрелу, является ее компактная исполнительная система, которая способна обеспечивать высокие крутящие моменты и обеспечивать жесткую конструкцию соединения, позволяя руке манипулировать тяжелыми грузами с ловкостью и точностью.

Универсальный характер предлагаемой конструкции облегчает разработку модульных систем с высокой полезной нагрузкой, которые можно реконфигурировать и адаптировать к текущей задаче.Все эти JDS могут иметь одинаковый компактный стандартный размер, но каждый, в зависимости от передаточного числа, может обеспечивать разную производительность. Этот подход может улучшить современные манипуляции, введя различные модульные соединения, которые можно заменить для различных задач, таких как медленное и точное манипулирование тяжелыми объектами или перемещение более легких объектов со скоростью и маневренностью.

Аналогичным образом, концепция привода JDS может быть полезна при разработке медицинских устройств, таких как протез локтя / руки верхней конечности, как показано на рис.18. В полностью пластиковом или гибридном сочетании пластик-металл JDS может обеспечить эффективный источник легкого срабатывания с батарейным питанием для таких устройств.

Чтобы оценить жизнеспособность этой технологии в космических приложениях, был проведен сравнительный анализ с летным приводом, предоставленным лабораторией реактивного движения НАСА. Стандартный полетный привод содержит двигатель в сборе, соединенный с многоступенчатой ​​планетарной зубчатой ​​передачей, через которую механическая энергия передается между ступенями через держатель рычага, как показано на рис.19.

Из-за этого передаточное число (на ступень) пропорционально радиусу рычага водила по радиусу шага солнечной шестерни. Это накладывает ограничения на радиус шага солнечной шестерни и приводит к подрезанию солнечной шестерни, когда передаточное отношение превышает 8: 1 на ступень. В результате этого ограничения эта компоновка требует наличия нескольких ступеней для достижения высоких соотношений, что приводит к длинным, громоздким и сложным сборкам с большим количеством деталей и большим весом.На рисунке 20 показано сравнение аппаратной архитектуры стандартного полетного актуатора и предлагаемой концепции конструкции.

Очевидно, что предлагаемая конструкция JDS может значительно сократить количество частей системы совместного привода обычного робота, что приведет к созданию более компактных и надежных космических систем. Уменьшение количества деталей тесно связано с повышением надежности и снижением риска отказа, что имеет первостепенное значение в космических полетах.Подробное сравнение показано в Таблице 4.

Сравнительный анализ JDS и гармонических приводов зависит от требований приложения, поскольку гармоники — это единственные передачи с сильно нелинейными жесткостью и трением. Чтобы проиллюстрировать некоторые из основных различий, одна конфигурация JDS сравнивается с гармонической передачей размером 25 с аналогичным выходным крутящим моментом, как показано в таблице 5.Очевидно, что трансмиссия Harmonic Drive превосходит конструкцию JDS во многих категориях, таких как количество деталей и объемная плотность крутящего момента, а также люфт. Однако гармонический привод демонстрирует гораздо большее рассеивание трения по сравнению с JDS из-за его механизма скользящей сетки и ограничивается передаточными числами ниже 1: 320 в основном из-за того, что его передаточное число определяется углом клина профиля его зуба. которое становится слишком узким выше этого отношения. С другой стороны, трансмиссия HD имеет нулевой люфт между валом двигателя и звеном робота, тогда как люфт в JDS в значительной степени определяется классом передач AGMA.Увеличение класса шестерни ужесточает допуски и уменьшает люфт, но не устраняет его.

В случае применения в космосе, в котором скорость и динамические эффекты менее значительны по сравнению со статическим крутящим моментом, поскольку космические роботы движутся с низкой скоростью, интегрированная концепция JDS может привести к созданию более компактной и более эффективной системы привода по сравнению с системой привода космического робота, которая использует передачу с гармоническим приводом. Это связано с тем, что высокое передаточное число трансмиссии JDS снижает требования к максимальному крутящему моменту двигателя, тем самым позволяя использовать двигатель меньшего размера, который занимает меньше места, потребляет меньше тока и выделяет меньше тепла по сравнению с двигателем. управление трансмиссией с гармонической передачей.Кроме того, поскольку конструкция JDS может поддерживать высокие передаточные числа, она не может двигаться задним ходом и не требует фиксирующего тормоза на валу двигателя при больших передаточных числах, как в случае большинства аппаратных средств космического привода. Кроме того, жесткость JDS, вероятно, будет выше, чем у гармонического привода из-за его жестких компонентов зубчатой ​​передачи, в отличие от гибкости гармонического привода. Увеличение жесткости JDS и плотности крутящего момента может быть достигнуто за счет добавления большего количества планет в сборку JDS. Это стало возможным благодаря его конструкции без носителя, которая ослабляет кинематические ограничения на механизм, чтобы принимать больше планет.Наконец, концепция JDS — это попытка численно оптимизировать систему привода робота, которая состоит из двигателя, трансмиссии и несущей конструкции, тогда как гармонические приводы являются дискретными элементами передачи.

Комплект сверхпланетарной коробки передач

и шестигранный двигатель HD

Комплект REV UltraPlanetary Gearbox Kit — это отправная точка для использования ультрапланетарной системы REV. В комплект поставки входят картриджи UltraPlanetary для поддержки шести различных конечных редукторов в диапазоне от номинального 3: 1 до 60: 1, что обеспечивает необходимый крутящий момент для конкретного применения.В комплект входит шестерня, уже прижатая к двигателю, и предварительно собранные картриджи, чтобы конструкторы могли начать тестирование и доработку своей конструкции.

Ультрапланетарная система представляет собой модульную коробку передач на основе картриджей, предназначенную для работы в суровых условиях соревнований и учебных занятий. Ультрапланетарная система включает в себя входной каскад и шестерню, которая работает с шестигранным двигателем REV HD и другими двигателями класса 550. Ультрапланетарная система, основанная на возможности легко изменять и корректировать конструкции с помощью REV Building System, состоит из предварительно собранных и смазанных картриджей, позволяющих легко и быстро менять передаточные числа.Пользователи могут сконфигурировать одноступенчатую планетарную передачу, используя один из трех различных картриджей редуктора, построить многоступенчатые редукторы, складывая отдельные картриджи вместе, и выбрать два разных способа передачи мощности: либо посредством торцевого монтажа непосредственно на выходном каскаде, либо путем выбора длины Шестигранный вал 5 мм лучше всего подходит для данной области применения.

UltraPlanetary имеет множество вариантов монтажа с помощью четырех различных кронштейнов, доступных для установки на 15-миллиметровую экструзию REV, канал REV C или канал REV U.Ведущая шестерня двигателя UltraPlanetary 550 (REV-41-1608), включенная в этот комплект, прижимается к шестигранному двигателю HD (REV-41-1291). Дополнительные шестерни можно приобрести на странице продукта 550 Motor Pinion.

Комплект UltraPlanetary Gearbox Kit и шестигранный двигатель HD , приобретенный после февраля 2021 г., поставляются с версиями V2 UltraPlanetary Female 5mm Hex Output (REV-41-1615).

Характеристики коробки передач

• Модуль: 0,55
• Угол давления: 20 °
• Материалы: спеченная сталь, армированный стекловолокном PA66 Нейлон
• Вес (а):
• UltraPlanetary с 3 картриджами и шестигранником HD Мотор, без оборудования: 441.5 г (0,973 фунта)
• UltraPlanetary с 3 картриджами, без двигателя и оборудования: 206,5 г (0,456 фунта)
• Картридж вывода UltraPlanetary: 66,5 г (0,147 фунта)
• Монтажная пластина UltraPlanetary: 33,5 г (0,074 фунта)
• Картридж UltraPlanetary 3: 1: 35,5 г (0,078 фунта)
• Картридж UltraPlanetary 4: 1: 34,0 г (0,075 фунта)
• Картридж UltraPlanetary 5: 1: 36,0 г (0,079 фунта)

Характеристики шестигранного двигателя HD — Нет картриджей

• Диаметр корпуса: 37 мм
• Напряжение: 12 В постоянного тока
• Ток холостого хода: 400 мА
• Ток останова: 8.

  No related posts.