Отличие робота от акпп: Страница не найдена — АКПП

Фото: Allison Transmission

Work Truck встретился с Бранденом Харбином, исполнительным директором по глобальному маркетингу Allison Transmission, чтобы узнать немного больше о разнице между автоматической и механической коробкой передач.

Это то, что мы узнали:

Work Truck: Не могли бы вы вкратце описать различия между автоматической коробкой передач и автоматической механической коробкой передач (AMT)?

BRANDEN HARBIN: Основное различие между полностью автоматической коробкой передач и автоматической механической коробкой передач (AMT) заключается в пусковом устройстве.В полностью автоматической коробке передач используется гидротрансформатор, соединяющий двигатель с планетарной коробкой передач, обеспечивающий непрерывное переключение мощности.

В то время как педаль сцепления снимается в автоматизированном механическом управлении, в AMT по-прежнему используется стандартная механическая коробка передач с электрическим или пневматическим приводом сцепления, что приводит к прерыванию крутящего момента и потере мощности во время переключения передач.

Эти прерывания питания сокращают время водителей и приводят к более высоким затратам на техническое обслуживание из-за износа сцепления.Для сравнения: гидротрансформатор автоматической коробки передач не подвержен износу.

Помимо преимущества в безотказной работе полностью автоматической коробки передач, гидротрансформатор обеспечивает улучшенную маневренность на мягкой / рыхлой почве или там, где водителю требуется больше контроля.

AMT для сравнения обычно начинают перегреваться и снижают мощность, чтобы защитить трансмиссию на мягком / рыхлом грунте. Гидротрансформатор создает бесступенчатое передаточное число, позволяя водителям легко управлять мощностью, подаваемой на колеса.Водители могут контролировать скорость автомобиля для плавного и точного движения, более легкого маневрирования и большего контроля на уклонах — все это при одновременной защите трансмиссии от ударов и уменьшении износа автомобиля.

Без гидротрансформатора AMT не могут плавно передавать мощность на колеса, создавая больше возможностей для неэффективной и неконтролируемой работы.

WT : Какие преимущества имеет автоматическая коробка передач по сравнению с AMT с точки зрения производительности водителя?

HARBIN: Автоматика обеспечивает множество преимуществ в производительности по сравнению с конкурирующими AMT.Среди многих преимуществ автоматика более производительна, поскольку обеспечивает более быстрое ускорение, чем AMT.

Гидротрансформатор Allison Transmission плавно увеличивает крутящий момент двигателя при запуске и поддерживает постоянную связь трансмиссии с максимальной доступной мощностью двигателя во время каждой смены, обеспечивая ускорение на 14% быстрее. Переключение на полную мощность обеспечивает превосходное ускорение автомобиля, позволяя выполнять больше работы за меньшее время.

Для сравнения, AMT должны снижать крутящий момент двигателя при запуске, чтобы защитить сцепление.Поэтому грузовики с AMT никогда не используют полный крутящий момент двигателя при запуске. К сожалению для тех, кто управляет грузовиками с AMT, именно в этот момент больше всего необходим максимальный крутящий момент, чтобы полностью загруженный автомобиль двигался с места.

AMT не имеют преимущества от увеличения крутящего момента двигателя, потому что они требуют, чтобы крутящий момент контролировался или ограничивался при запуске, чтобы продлить срок службы пусковой муфты. Они также требуют уменьшения дроссельной заслонки двигателя при каждой смене, вызывая прерывания крутящего момента. Эти прерывания приводят к увеличению количества переключений и снижению скорости транспортного средства, что требует больше времени для выполнения той же работы.

В качестве второго примера, в полностью автоматических трансмиссиях отсутствует пусковое сцепление, что сокращает время простоя грузовика, связанного с необходимыми заменами сцепления. Это обеспечивает максимальное время безотказной работы и производительность грузовиков всего парка. Многие автопарки указали, что они могут управлять меньшим парком грузовиков с автоматическим оснащением, потому что каждый грузовик тратит меньше времени на ремонт, будь то проактивный или в худшем случае, реактивный ремонт. В случае автобетоносмесителя время простоя может достигать 7500 долларов на грузовик в день.

И это при условии, что ствол не был заполнен, когда произошел отказ муфты AMT, что приведет к дополнительным затратам на ремонт при замене ствола.

WT : Какие преимущества имеет автоматическая коробка передач по сравнению с полностью ручной коробкой передач с точки зрения производительности водителя?

HARBIN : Автоматическая коробка передач имеет те же преимущества по сравнению с механическими коробками передач с точки зрения бесперебойной подачи энергии в каждую смену, без физического ущерба для водителя, который должен переключаться весь день, или без износа ручного сцепления.

Снижая утомляемость водителя, автоматика увеличивает удержание водителя и обеспечивает более управляемую среду для водителя и транспортного средства.

Плавная и плавная работа позволяет водителю легко маневрировать автомобилем, чтобы сосредоточить внимание на выполняемой работе. Также легче нанять водителей для работы с автоматической коробкой передач по сравнению с более интенсивным обучением управлению механической коробкой передач. Сегодня доступно меньше водителей, имеющих опыт вождения с механической коробкой передач.

Многие водители указали, что их карьера была продлена за счет перехода с механической коробки передач на полностью автоматическую.

Несмотря на то, что это выгодно для отдельных лиц, это дает дополнительное преимущество в виде решения проблемы нехватки драйверов, с которой также сталкивается наша отрасль.

И дополнительные затраты на автоматическую трансмиссию часто значительно меньше, чем затраты для бизнеса на набор, обучение и удержание нового водителя.

Транспортные средства с механической коробкой передач также имеют пониженную маневренность, трудности на узких дорогах, мягком грунте, крутых склонах или обратном движении к погрузочной платформе. Кроме того, коробку отбора мощности (ВОМ) нельзя использовать на лету, как это может быть с автоматической коробкой передач Allison.

Все это может привести к разочарованию водителя, неправильному использованию компонентов трансмиссии и снижению производительности.

WT: Есть ли какие-либо преимущества / преимущества механической коробки передач или AMT по сравнению с автоматической коробкой передач?

HARBIN : В краткосрочной перспективе руководства и некоторые AMT стоят меньше, чем полностью автоматическая коробка передач, с точки зрения цены приобретения. Тем не менее, из-за технического обслуживания сцепления и простоя транспортных средств из-за руководств и AMT, автомобили, оборудованные Allison Automatic, имеют тенденцию иметь более низкие затраты на техническое обслуживание, более высокую стоимость при перепродаже и более низкую общую стоимость владения в течение всего срока службы транспортного средства.

На Allison нет сцепления, которое могло бы изнашиваться, а сокращенные интервалы технического обслуживания позволяют автомобилю дольше находиться в дороге.

Вот почему большинство крупных национальных парков рабочих грузовиков используют автоматику Allison. Они осознали превосходные преимущества в отношении совокупной стоимости владения, которые обеспечивает Allison Automatics.

Несмотря на то, что педаль ручного сцепления на AMT снята, механическое сцепление по-прежнему облегчает запуск транспортного средства и изнашивается и, в конечном итоге, сгорает, что требует традиционного обслуживания и замены.

Дополнительные изнашиваемые компоненты сцепления включают:

• Крышка сцепления / промежуточный диск
• Диск сцепления в сборе
• Регулирующий механизм
• Тормоза сцепления
• Серийное сцепление
• Крестовина
• Опорный подшипник
• Входной вал

С течением времени , производители AMT попытались имитировать присущие возможности Allison Automatic, продвигая такие функции, как «Призыв к движению», «Creep Mode», «Power Launch», «Rock Free», «Hill Assist» и «Blended Pedal».Однако все эти функции могут увеличивать стоимость и происходить за счет износа сцепления и отказов трансмиссии.

И когда дело доходит до дела, AMT всегда будут вести себя таким образом, чтобы защитить пусковую муфту. Когда водителю это нужно больше всего, AMT, скорее всего, снизит крутящий момент и ограничит вход водителя, чтобы защитить автоматическую трансмиссию.

WT : Еще чем вы хотели бы поделиться сегодня?

HARBIN : Существует некоторая дезинформация относительно топливной экономичности автоматической коробки передач по сравнению с механическими коробками передач или AMT.Некоторые люди считают, что водитель с механической коробкой передач лучше контролирует топливную экономичность, что не соответствует действительности.

Полностью автоматические трансмиссии были усовершенствованы с использованием новых технологий для повышения топливной экономичности, включая нейтраль при остановке, управление скоростью ускорения и динамическое переключение передач.

Практически во всех сферах применения, особенно для рабочих тележек, Allison Automatic может обеспечить экономию топлива, эквивалентную или превосходящую по сравнению с механической или автоматической коробкой передач.

ты робот или человек? О нас Роботизированное устройство коробки передач

Современные автомобили оснащены трансмиссиями нового типа, в том числе роботизированной коробкой передач.Чтобы понять основные моменты, связанные с его работой, нужно понимать, что такое коробка передач робота.

[Скрыть]

Что такое роботизированная трансмиссия?

Роботизированная коробка передач на автомобиле означает нечто среднее между механической коробкой передач и автоматической коробкой передач. По сути, роботизированная коробка передач — это «механика», оснащенная автоматическим сцеплением и возможностью переключения передач. Работа этого типа агрегата зависит не от водителя, а от работы управляющего электронного модуля.Во время движения водитель должен только правильно передавать поступающие данные, чтобы обеспечить правильную работу КПП.

Роботизированное устройство коробки передач

Чтобы понять, что это такое, необходимо разобраться в устройстве агрегата. Дополнительные элементы, предназначенные для выжимания сцепления, а также переключения и выбора скоростей, называются исполнительными механизмами.

Роботизированная трансмиссия оснащена собственной системой управления, выполненной в виде блока управления, а также несколькими контроллерами.Эти датчики предназначены для взаимодействия с устройством. Роботизированная коробка передач принципиально отличается от традиционной автоматической коробки передач и трансмиссий CVT.

Коробки передач роботов, как и механические, комплектуются сцеплением. Трансмиссионные масла ATF в этих типах агрегатов не используются.

В зависимости от производителя автомобиля роботизированная трансмиссия может комплектоваться одним или двумя сцеплениями:

• если сцепление только одно, то это однодисковый агрегат;
• , если два, трансмиссия преселективная.

Основные узлы устройства робототехнического блока:

1. Сам КПП.
2. Приводы или сервоприводы. Предназначен для выжимания сцепления и включения скоростей.
3. Модуль управления, представляющий собой микропроцессорный блок. Используется для обработки и передачи команд.
4. Внешние контроллеры. Количество датчиков может варьироваться в зависимости от производителя машины.

КПП

Рекомендуем более подробно разобраться в устройстве роботизированного агрегата на примере шестиступенчатой ​​коробки передач с двумя сцеплениями.Агрегат выполнен в виде механической коробки передач, но укомплектован двумя ведущими шкивами. Один из этих элементов устанавливается внутри другого. Внешний шкив имеет внутреннюю полость, в которую входит внутренний компонент. На внешнем шкиве расположены шестерни привода второй, четвертой и шестой передач, а на внутреннем шкиве — шестерни первой, третьей, пятой и задней передач.

Каждый вал роботизированной коробки передач оснащен отдельной муфтой.

Приводы или сервоприводы

Приводные устройства могут быть электрическими или гидравлическими.Электрический тип элементов выполнен в виде электродвигателя с редукторным устройством, а гидравлический тип считается гидроцилиндром. Шток последнего соединен с синхронизирующим устройством. Основное назначение исполнительных элементов — механическое движение синхронизирующих компонентов, а также включение и выключение сцепления.

Модуль управления

Модуль управления — это микропроцессорный блок, на котором установлены внешние контроллеры.Эти датчики используются в электронной системе управления двигателем машины. Датчик трансмиссии взаимодействует с контроллерами трансмиссии и других систем, например, ABS. Модуль управления может быть совмещен с микропроцессорным блоком управления двигателем, но трансмиссия будет работать по собственному алгоритму.

Канал Carvizor подробно рассказал об устройстве и конструктивных особенностях МКПП.

Характеристики роботизированной коробки передач

Электрический привод сцепления приводится в действие электродвигателем, а также механической скоростью.Работа гидропривода основана на специальных цилиндрических устройствах, управление которыми осуществляется с помощью электромагнитного клапана. Иногда роботизированный агрегат может быть дополнен электродвигателем, используемым для перемещения цилиндрических элементов и предназначенным для поддержки функционирования гидромеханического модуля. Для этого моторизованного устройства характерны длительные изменения скорости, которые могут составлять до полсекунды.

По сравнению с гидравлическим устройством, агрегат не требует постоянного поддержания желаемого уровня давления для работы.В некоторых моделях Opel гидравлические агрегаты характеризуются быстрым циклом переключения передач, обеспечивающим переключение за 0,06 секунды. Но обычно эти роботы устанавливаются на спортивные автомобили.

Принцип работы роботизированной коробки передач

Роботизированная установка работает как механик — чтобы начать движение и переключить передачи, водителю необходимо нажать педаль сцепления. Процедура активации этого механизма выполняется с помощью исполнительного устройства, которое получает импульс от модуля управления.После подачи сигнала блок медленно вращает редуктор.

Если трансмиссия оснащена двумя сцеплениями, то сначала включается первая. После этого исполнительное устройство для выбора и активации скорости переводит синхронизирующий блок на передачу первой скорости. Это приводит к его блокировке на валу и началу вращения вторичного шкива. Когда машина трогается с места, водитель нажимает на педаль газа. Если передача однодисковая, следующая скорость будет активирована через определенный промежуток времени.В результате получается так называемый таймлапс.

Для предотвращения появления запаздывания и сокращения времени переключения передач агрегат снабжен второй муфтой и другим валом. Это привело к созданию поля предварительного отбора. Когда включена первая скорость, вторая готова к включению, поскольку второе сцепление уже включено. Когда устройство получает сигнал от блока управления, оно быстро переключается с первой скорости на вторую.

Последующее переключение на повышенную и пониженную скорость во время движения осуществляется таким же образом.Временной интервал переключения минимальный. Исключено любое зарастание, также нет сбоя тяги двигателя и прочих нюансов. В результате автомобиль движется динамично, а экономия топлива максимальна. Работа в автоматическом режиме достигается за счет регулярного анализа микропроцессорным модулем импульсов, поступающих от внешних контроллеров.

При приеме сигналов и их отправке микропроцессор учитывает:

• величину нагрузки на силовой агрегат;
• скорость движения;
• положение, в котором находится педаль газа.

Роботизированные боксы имеют возможность ручного переключения скоростей, эту функцию можно назвать имитацией гидромеханического автомата. Некоторые типы агрегатов допускают блокировку при активации превышения скорости.

Режимы работы

Микропроцессорный модуль может работать в нескольких режимах:

1. Sport. Обычно он активируется при движении по трассе, когда автомобиль устойчиво едет с повышенной скоростью.
2. Городской режим. Активируется при движении по городу или стоянии в пробке.
3. Экономика. Обеспечивает максимальную экономию топлива. Но скорость движения будет минимальной.

Как научиться водить роботизированную коробку передач? Ключевые особенности управления

Для предотвращения возникновения сбоев в работе трансмиссии необходимо знать, как пользоваться роботом, а именно:

• как прогреть агрегат;
• как правильно начать движения;
• как пользоваться трансмиссией при эксплуатации автомобиля в городском режиме.

Прогрев роботизированной коробки передач и рабочие элементы

Многие автопроизводители заявляют, что роботизированные агрегаты не нуждаются в прогреве. Но в этом вопросе необходимо учитывать температуру рабочей жидкости в системе смазки, а также то, как масло ведет себя в морозных условиях. Некоторые виды расходных материалов загустевают при низких температурах и скапливаются на дне устройства. По стандарту процесс прогрева состоит из запуска двигателя и ожидания 2-3 минуты.При прогреве автомобиля трогать рычаг КПП не нужно.

Если машина стоит в гараже, то выезжайте на ней спокойно и плавно, чтобы не допустить толчков и рывков. При прогреве нужно следить за количеством оборотов, их количество в идеале будет минимальным и составит около 1 тысячи в минуту. Агрегат также следует прогревать летом, благодаря чему все компоненты робота будут правильно смазаны. Выполнение прогрева предотвратит быстрый износ компонентов машины.

Основные особенности эксплуатации, которые увеличивают срок службы агрегата в целом:

1. Не допускать заноса при движении в морозных условиях. Это приведет к быстрому износу исполнительных механизмов и узлов. Регулярное скольжение приведет к калибровке устройства.
2. Специалисты не рекомендуют частые поездки по сильно заснеженным поверхностям. Автомобиль может застрять и, в конечном итоге, вызвать пробуксовку.
3. В качестве зимних шин рекомендуется использовать изделия с шипами.При установке на колеса с обычными шинами есть вероятность поскользнуться на льду.
4. При длительном бездействии, составляющем несколько дней и более, рекомендуется установить селектор передач в положение E. Двигатель должен быть выключен.
5. Если состояние дороги плохое, специалисты советуют начинать движение на второй скорости, но при этом не слишком сильно газовать.

Алексей Рыков рассказал об основных принципах управления роботизированной КПП на примере Lada Grants.

Правила правильного старта на роботе с коробкой

Владельцам автомобилей, оборудованных роботизированными коробками передач, следует учитывать, что на некоторых автомобилях нет дополнительной опции помощи при запуске. В частности, речь идет о начале движения на холме, в гору. Поэтому важно правильно научиться трогаться с места. Процедура запуска осуществляется так же, как и на машине с механическим агрегатом.

Подробнее о начале поездки:

1. Рычаг стояночного тормоза должен быть поднят.
2. Рычаг переключения передач установлен в положение А.
3. Водитель легко и без усилий нажимает на газ.
4. При этом отпускается рычаг стояночного тормоза.

Если в начале движения по улице температура ниже нуля, а влажность высокая, селектор коробки передач можно переместить в положение M1. Усилие, прикладываемое к педали газа, должно быть допустимым, чтобы не допустить проскальзывания. Если машина оборудована гироскопом, то при выборе автоматического режима микропроцессор установки выберет необходимую скорость и произведет переключение.Это позволит переключаться на пониженную передачу. Если водитель опытный, то с учетом ситуации он может установить режим М при фиксации включенной передачи.

Если изначально установлен скоростной режим, то менять скорость передвижения не рекомендуется. Частота вращения двигателя должна составлять от 2500 до 5000 об / мин, но не выходить за пределы этого диапазона. При начале движения под уклон селектор трансмиссии устанавливается в режим A, а рычаг ручного тормоза выключается.

Эксплуатация роботизированной коробки передач в городских условиях

Регулярная эксплуатация автомобиля в городском режиме и в пробках может привести к быстрому износу узлов трансмиссии.Чтобы этого не произошло, при остановке машины переводите рычаг переключения передач в положение N. Затем включается стояночный тормоз и двигатель останавливается. Если остановки кратковременные, например, в пробках, то нейтральный режим включить нельзя, достаточно остановиться, когда рычаг установлен в положение А. Если машина остается в пробке более одного раза минуту, затем двигатель нужно будет остановить.

Василий Костин рассказал о тонкостях использования машин с установленным роботом.

Преимущества

Плюсы робототехнических агрегатов:

1. Надежность конструкции агрегата в целом.В основе устройства лежит механический компонент, прошедший многочисленные испытания и изученный специалистами. Благодаря этому по надежности этот тип коробки передач лучше обычных автоматов и вариаторов.
2. Эксплуатация автомобиля с установленным роботизированным агрегатом позволяет экономить топливо. Если коробка передач и двигатель автомобиля не изношены, то экономия топлива может составить до 30%.
3. Для заполнения роботизированной установки требуется меньше смазки, в среднем не более трех литров. Для сравнения в коробки вариатора наливается около семи литров.Это преимущество позволяет сэкономить деньги.
4. Количество передач в роботах соответствует количеству скоростей на механике.
5. Поскольку в основе коробки передач лежит механическая часть, это позволяет производить простой ремонт. Многие специалисты владеют навыками такого ремонта, чего нельзя сказать о вариаторных агрегатах. Наиболее частые проблемы можно решить самостоятельно при правильном подходе.
6. Срок службы системы сцепления примерно на 40% больше, чем у механических коробок передач.Речь идет не только об экономии денег, но и о безопасности.
7. При эксплуатации автомобиля в городских условиях функция переключения скоростей в ручном режиме позволяет начать движение без загрузки агрегата.

недостатки

Роботизированные коробки передач имеют не только достоинства, но и недостатки, они приведены в соответствии с отзывами владельца автомобилей с МКПП:

1. Основным недостатком МКПП являются проблемы с программированием трансмиссии. .Автовладельцу может быть сложно перепрограммировать программное обеспечение для улучшения динамики автомобиля и экономии машинных ресурсов. Поэтому сложно настроить трансмиссию под конкретный стиль вождения. Водителю потребуется время, чтобы привыкнуть к работе машины для комфортной эксплуатации.
2. Низкая скорость активации скоростей и медленный отклик агрегата. Это связано с накладными расходами на программирование устройства. Эта проблема характерна для многих автоматических трансмиссий.
3. При движении в городских условиях и пробках, а также на неровной дороге водитель должен перейти в ручной режим управления.В противном случае элементы системы сцепления изнашиваются быстрее. Это отражается на сроке службы агрегата в целом.
4. При переключении передач ощущаются рывки и рывки. Не все единицы, но многие. Это связано с тем, что дроссельная заслонка не отпускается до того, как произойдет изменение скорости. Для устранения этой проблемы не нужно полностью нажимать педаль газа.
5. Сцепление может размыкаться при движении в гору. Проблема связана с перегревом трансмиссионного агрегата. Если автомобиль движется в гору, рекомендуется переключиться на ручное управление.

Проблема с перепрограммированием может быть решена заменой микропрограммы микропроцессора, но это необходимо сделать по истечении гарантийного срока.

Канал HPC представил настоящий негативный отзыв потребителей о работе роботизированного агрегата на автомобиле.

Отличия роботизированной коробки передач от автоматической

Основные отличия роботизированной коробки передач от автоматических агрегатов:

1. Конструктивные особенности. Робот представляет собой механический блок, оснащенный микропроцессорным устройством управления.У автоматических коробок передач есть собственное устройство. Он также включает в себя электронный модуль, но в машинах нет механического компонента.
2. Автоматические трансмиссии превосходят роботизированные агрегаты по скорости переключения передач. Также на машинах процедура переключения более плавная.
3. Роботизированные устройства имеют возможность ручного переключения. На автоматах нет возможности ручного управления.
4. Автомобили, оснащенные роботизированной установкой, потребляют меньше топлива. Для заправки им требуется меньше смазки.
5. Порядок ремонта и обслуживания коробок передач, робот обойдется потребителю дешевле, чем автомат.

Актуальность робота-бокса в России

Российские автопроизводители практически не устанавливают роботизированные агрегаты на свою продукцию. В 2015 году руководство автопроизводителя ВАЗ заявило, что модели автомобилей Lada Priora будут оснащаться роботизированными коробками передач. Общий вес устройства составляет примерно 35 кг. Сам агрегат адаптирован для внутренних дорог, а также погодных условий, характерных для российского климата.

Например, машины могут отказать в запуске двигателя автомобиля, если температура опускается ниже -25 градусов. Роботизированные агрегаты смогут эффективно функционировать и запускать двигатель внутреннего сгорания при -40 градусах. Производитель АвтоВАЗ дает трехлетнюю гарантию на КПП, но утверждает, что средний срок службы устройства составит около десяти лет. Такой шаг предприняло представительство концерна для увеличения продаж автомобилей Lada Priora.

Сегодня из отечественных автомобилей роботизированные КПП устанавливаются только на Лада Гранты и Приоры.

Официальный канал Lada представил видеоролик о производстве роботизированных агрегатов для автомобилей Lada Granta.

Советы по выбору роботизированной коробки передач

Перед покупкой автомобиля с механической коробкой передач необходимо собрать как можно больше информации о функционировании того или иного типа трансмиссии. Рекомендуется изучить отзывы потребителей, так как некоторые версии роботов имеют «глюки», характерные для всей линейки. В частности, нужно знать временной интервал при переключении передач.Лучше отдать предпочтение вариантам, в которых процедура переключения выполняется максимально быстро.

При выборе автомобиля также необходимо учитывать параметр индивидуальности устройства. Идентичные передачи могут отличаться друг от друга. Проблемы, связанные с работой блока, часто можно устранить перепрошивкой микропроцессорного блока.

Основные неисправности роботов

Симптомы, которые могут указывать на проблему с устройством:

1. На панели управления появился индикатор тревоги.Это может быть лампочка Check Engine или специальный символ, указывающий на проблемы в работе коробки передач.
2. При движении водитель слышит посторонние звуки. О неисправностях передачи можно сообщить нехарактерным воем или жужжанием.
3. Нет реакции при нажатии на газ. Частота вращения двигателя не увеличивается или не увеличивается, а также скорость движения не увеличивается.
4. Появление масляной лужи под автомобилем. Это указывает на утечку расходной жидкости из агрегата.
5. Система сцепления буксует.
6. Когда водитель нажимает на педаль газа и делает это плавно, или при переключении передач, возникает рывок или рывок.
7. Блок трансмиссии сам по себе перестает функционировать, автомобиль останавливается и не движется.

Большинство проблем вызвано неправильной работой микропроцессорного устройства. Если говорить о механических проблемах, то большинство из них связано с износом составляющих элементов. Такие детали обычно не подлежат ремонту и заменяются.

Механические проблемы:

• износ вилки выбора скорости;
• Подшипники качения изнашиваются, наблюдается шум.

Фотогалерея

В этом разделе представлены фотографии роботов разных автопроизводителей.

Видео «Как не допустить быстрого выхода из строя роботизированного пункта пропуска»

Пользователь ДжоРик Ревазов рассказал о вещах, которые невозможно сделать с помощью роботизированного блока на автомобиле.

Имея ранее ограниченный выбор трансмиссий, автомобилисты при покупке транспортного средства могли отдать предпочтение только механике или автомату.Сейчас активное развитие автомобильной промышленности привело к появлению новых трансмиссий, и выбор уже не так прост. Интересна коробка робота и автомат: чем отличаются эти трансмиссии и как выбирать между ними?

Чем отличается робот от автомата

Чтобы понять, чем АКПП отличается от робота, стоит разобраться в принципе работы каждой из указанных трансмиссий и устройстве системы в целом .

В основе автоматики лежит система управления, гидротрансформатор и сама коробка передач планетарного типа со специальными передачами и сцеплениями. Благодаря такой конструкции скорости переключаются автономно без участия водителя. Ориентиром в данном случае являются такие параметры, как режим движения, нагрузка и обороты двигателя.

Читайте также очень информативную статью нашего специалиста о.

Актуальность установки машины наблюдается на грузовые и легковые автомобили, а также автобусы.Если автомобиль переднеприводный, то конструкция АКПП дополняется дифференциалом и.

Первое, что отличает робота от автомата, — это особая конструкция, сочетающая в себе возможности механической и автоматической коробки передач. Фактически механика в этом случае дополняется автоматом с исполнительными механизмами, которые отвечают за переключение передач и работу сцепления. Переключение передач происходит так же, как и в случае с механической коробкой передач, но водитель не участвует.

Основной целью создания роботизированной коробки передач было снижение стоимости трансмиссии и в то же время объединение всех преимуществ механики и автомата. Речь идет о простоте эксплуатации и комфорте. В итоге есть несколько вариантов конструкции системы.

1. На примере автомобилей BMW M серии можно рассмотреть наиболее качественную и известную механическую коробку передач Sequental M Gearbox (SMG). Коробка передач 6-ступенчатая, механическая, а за переключение передач и выключение сцепления отвечает гидравлическая система с электронным управлением.Передачи переключаются за 0,08 сек.
2. На примере Mercedes-Benz A-класса можно рассмотреть другой принцип, в котором электрогидравлический привод сцепления устанавливается на основе механики. Водитель участвует в переключении передач, но педалей всего две. Электропривод самостоятельно контролирует положение рычага и педали газа, поэтому сцепления в этом случае нет и выключается автоматически. Цифры на датчиках АБС и двигателя помогают электронике производить расчеты, чтобы избежать рывков при переключении передач и резких остановов двигателя.
3. На примере автомобилей Ford и Opel можно рассмотреть третий принцип, когда гидронасосы заменяются шаговыми двигателями. Несмотря на бюджетность этого варианта, на практике он оказался не очень удачным, что отражается на задержке переключения передач и сильных рывках. Тем не менее, аналогичная трансмиссия установлена ​​на Toyota Corolla, и упомянутые недостатки здесь отсутствуют.

Основные отличия АКПП от МКПП

Итак, коробка робот и автомат: чем отличаются эти две трансмиссии?

1. Первое отличие — в дизайне.В случае с роботом это механика с блоком управления, устройство автоматики совершенно другое.
2. Плавность и скорость переключения с автоматики лучше.
3. Практически во всех автоматических трансмиссиях отсутствует функция ручного переключения, в то время как роботизированная трансмиссия имеет эту функцию.
4. Еще одно отличие робота от машины в бюджетном ремонте и обслуживании первого.
5. Экономия также выражается в меньшем расходе масла и топлива роботом.

Достоинства и недостатки трансмиссии

Чтобы окончательно сделать выводы о том, что лучше: робот или автомат, стоит проанализировать положительные и отрицательные стороны каждой из трансмиссий.

Ниже представлено сравнительное описание преимуществ и недостатков автоматизации.

Следующим шагом будет анализ преимуществ и недостатков роботизированных трансмиссий.

Выбирая, что лучше: робот или автомат, следует ориентироваться на три основных принципа — комфорт, стоимость и надежность.

Комплектный электропривод производства корпорации «Триол» используется для управления конвейерной линией длиной 415 м для системы частотно-регулируемого привода.

Технология производства корпорации «Триол» зарекомендовала себя как принципиально надежная для работы в подземных условиях рудников и шахт.

Открытое акционерное общество «Транснациональная компания КАЗХРОМ» Актюбинский завод ферросплавов — филиал ОАО «ТНК« КАЗХРОМ »

Уважаемая Анар Ондасыновна! В ответ на ваш запрос мы подтверждаем, что преобразователи частоты, а также устройства плавного пуска производства Корпорации Триол были поставлены и установлены в филиал АО «ТНК-Казхром» Актюбинского завода ферросплавов в 2006 году и до сих пор находятся в эксплуатации.Устройства плавного пуска Триол АС-11-03 предназначены для регулирования скорости вращения вентиляторов градирни, а также для пуска компрессора отсадочного комплекса КПФШ-50. За время эксплуатации УПП Корпорации Триол претензий и замечаний к оборудованию нет. Данное оборудование было доставлено на объект в полной заводской готовности, что позволило ввести его в эксплуатацию в течение 1 рабочего дня и зарекомендовало себя как надежное устройство, работающее в сложных условиях эксплуатации с повышенной запыленностью и температурой.

Открытое акционерное общество «Салехардэнерго»

Данным письмом выражаю благодарность ООО «Триол-Электрик» за поставку преобразователя частоты Триол АТ04-055 предприятию ГТЭС ОАО «Салехардэнерго». Подтверждаю, что ООО «Триол-Электрик» поставило и ввело в эксплуатацию преобразователь частоты серии АТ04-055, заводской номер 2440, на предприятии ГТЭС ОАО «Салехардэнерго» в 2004 году. Преобразователь частоты работал со штатной нагрузкой. В процессе эксплуатации отказов оборудования не выявлено.ООО «Триол-Электрик» зарекомендовало себя как надежный производитель и поставщик низковольтных преобразователей частоты. Надеемся на плодотворное и взаимовыгодное сотрудничество!

Башкирская генерирующая компания

На Ново-Стерлитамакской ТЭЦ ООО «БГК» по договору № 112/0879 от 04.12.15. В ООО «Триол-Нефть» внедрена система автоматического поддержания необходимого рабочего давления с использованием частотно-регулируемого привода «Триол АТ27», обеспечивающего минимальный перепад давления между коллектором питательной воды и корпусом котла

ПАО «ГМК« Норильский никель »

Регулировка частотно-регулируемого электропривода воздуходувок No.1, №2, №3 цеха производства серной кислоты Медного завода завершены в необходимом объеме. Два высоковольтных преобразователя частоты АТ27-М63-6 / 6-31С52М-С-44 с укомплектованными шкафами ввода-вывода и коммутацией в полном объеме выполняют функции регулирования частоты вращения и синхронной безударной передачи приводных двигателей 630 кВт, 6 кВ на питание от сети заложено в проекте … Спасибо за помощь в решении возникающих вопросов. Отдельно хочется отметить высокий профессионализм монтажника Нафикова Ришата Маратовича, выражаем ему огромную благодарность.

ОАО «Турбонасос»

Настоящим подтверждаем, что компания «Триол-Ойл» на предприятии ОАО «Турбонасос» (Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос»), г. Воронеж, ул. Острогожская 107, поставлен и введен в эксплуатацию преобразователь частоты среднего напряжения серии АТ27-2М0-10 / 6С64М-К12-14 заводской номер 70879. Поставленное ООО «Триол-Нефть» оборудование было введено в эксплуатацию в декабре 2015 года и в настоящее время претензий на работы нет. Выражаем благодарность за проделанную работу.

ООО «Дорогобужская ТЭЦ»

В 2006 году ООО «Триол-Электрик» поставило преобразователь частоты АТ04-45К для ООО «Дорогобужская ТЭЦ». За весь срок службы оборудования отказов не выявлено. Корпорация Триол зарекомендовала себя как надежный производитель и поставщик низковольтного оборудования. ООО «Дорогобужская ТЭЦ» выражает благодарность ООО «Триол-Электрик» за качественную и своевременную поставку преобразователя частоты АТ04

РУП «Минскэнерго» филиал «Минские тепловые сети»

ООО «Триол-Электрик» зарекомендовало себя как надежный производитель и поставщик низковольтных преобразователей частоты.РУП «Минскэнерго» филиал «Минские тепловые сети» выражает благодарность ООО «Триол-Электрик» за производство качественного электрооборудования.

ООО «Промрезерв», г. Москва

В 2013 году ООО «Триол-Электрик» поставило нам 3 преобразователя частоты АТ24-75К-380-х20000 и 3 пульта управления П24Е. По эксплуатации этих приводов претензий нет. Надеемся на дальнейшее взаимовыгодное сотрудничество.

Череповецкая ГРЭС, Вологодская область

Относительно приводов АТ24, поставляемых вашей компанией, мы отмечаем следующие — преимущества: простое, гибкое меню для настройки привода, удобное расположение клеммных зажимов для подключения внешних цепей.В целом по работе приводов АТ24 замечаний нет.

ОАО «Щекиноазот», Тульская область

В 2014 году ООО «Триол-Электрик» поставило нам три преобразователя частоты АТ24-55К-380-S10000 и три пульта П24Е. Компания Триол зарекомендовала себя как надежный производитель и поставщик низковольтных преобразователей частоты АТ24. ОАО «Щекиноазот» выражает благодарность ООО «Триол-Электрик» за качественную и своевременную поставку преобразователей частоты АТ24, за возможность отсрочки платежа, что позволило нам работать бесперебойно.

ООО «Билмарт», Республика Саха

С 2006 года мы используем преобразователи частоты серии Triol AT24. Хочу отметить функциональность и отличное качество поставляемой продукции. Надеемся на дальнейшее успешное развитие наших деловых отношений.

ООО «ЭнергоКомплектация», Саратовская область

ООО «ЭнергоКомплектация» сотрудничает с ООО «Триол-Электрик» с 2013 года. За достаточно короткий срок ООО «Энергокомплектация» смонтировало около 120 преобразователей частоты серии АТ24.За время сотрудничества ООО «Триол-Электрик» зарекомендовало себя как надежный партнер, выполняющий все взятые на себя обязательства. Имеет квалифицированный и оперативный центр технической поддержки

А мы думаем иначе.

Но, если бы можно было разделить наше мышление на более человечное и машинное, как бы вы описали свой образ мышления?

Пройдите этот тест, и по вашим ответам мы сможем сказать вам, находитесь ли вы ближе к человеку или думаете почти как робот.

Попробуем определить!

Более 10 человекоподобных роботов, ужасно похожих на людей

Геминоид-F

Модель касается лица робота-гуманоида, который был создан под видом самой модели. Некоторые его части работают за счет давления воздуха. Выражение лица может очень точно повторять мимику реального человека.

Android Кодомороид

Этот коммуникационный андроид из Японии был представлен на пресс-конференции во время выставки роботов в Музее науки в Лондоне в феврале 2017 года.

Ибн Сина

Студенты университета ОАЭ изучают первого арабоязычного робота, способного общаться с людьми. Такие роботы могут работать секретарями, администраторами, продавцами и консультантами.

Цзя цзя

Этот робот общается с инженером из Университета науки и технологий Китая. Команда ученых создала Jia Jia за 3 года.Они представили свое творение в апреле 2016 года. Робот может говорить, демонстрировать даже самые маленькие выражения лица, а также двигать губами и телом.

Асуна

Этот робот был представлен на ежегодной неделе дизайна в Токио в октябре 2017 года. Роботом дистанционно управляет оператор, который наблюдает за посетителями через камеру.

Робот от Toshiba

Этот человекоподобный робот был представлен на выставке электроники CEATEC в префектуре Тиба, Токио, в октябре 2014 года.

Чихира Дзюнко

Компания Toshiba создала робота специально для торговых центров. Этот автомобиль встречает посетителей торгового центра Tokyo. Презентация прошла в декабре 2015 года. Стоит отметить, что робот может даже помогать иностранным туристам, общаясь с ними на английском и китайском языках.

Минами

Посетитель взаимодействует с роботом-гуманоидом Минами в магазине в Осаке в мае 2013 года.Робот может общаться с посетителями с помощью определенных фраз, например «Вы пришли один?» или «Давайте сфотографируемся вместе».

Мираи Мадока

Этот робот-гуманоид был представлен на выставке Robot Development & Application Expo в январе 2017 года. Выставка проходила в Токио.

Двойные андроиды

Ученый Ёсио Мацумото демонстрирует роботов-близнецов в своей лаборатории в Цукубе, Япония, июль 2014 года.

Хан и София

Дэвид Хэнсон, генеральный директор Hanson Robotics, стоит между роботом Ханом и роботом Софией во время их демонстрации на технологической конференции RISE в Гонконге в июле 2017 года.

ChihiraAico

Этот робот встречает покупателей в магазине в Токио. Акция проходит в апреле 2015 года. Стоит отметить, что робот умеет улыбаться, петь и давать полезные советы покупателям.

Отонароид

Этот робот-гуманоид общается с другими роботами, особенно с CommU и Sota. Действие происходит на пресс-конференции в Токио в январе 2015 года.

Механическая коробка передач вместо автоматической | Digital Trends

«Палка» — популярный термин для тех, кто умеет водить машину с механической коробкой передач. Механические трансмиссии, требующие уникального набора навыков, дают водителям больше контроля над переключением передач, мощностью, и многие думают, что это улучшает общее впечатление от вождения.

Автоматические коробки передач переключаются автоматически по мере необходимости, позволяя водителю сосредоточиться на дороге и своих пассажирах. Различия в ощущениях и механике очень глубоки, когда мы сравниваем механическую и автоматическую трансмиссии в этом руководстве.

МКПП

2017 года Механическая коробка передач также известна как рычаг переключения передач, и этим все сказано — водитель буквально использует ручку для переключения передач. В первой машине вашего отца мог быть переключатель, установленный на рулевой колонке или приборной панели, но в современных автомобилях рычаг переключения передач почти всегда установлен вертикально на центральной консоли и соединен с трансмиссией через рычажный механизм.

Для переключения передач диск сцепления, зажатый между двигателем и трансмиссией, необходимо отпустить с помощью третьей педали, расположенной с левой стороны тормоза. Отпустите сцепление, выберите желаемую передачу и снова включите сцепление. В состоянии покоя слишком медленное включение сцепления приведет к преждевременному износу диска, а слишком быстрое включение приведет к остановке двигателя.

Чтобы научиться управлять рычагом переключения передач, требуется немного времени, но это полезно и намного проще, чем кажется.Управляя палкой, вы чувствуете связь со своей машиной, которую трудно воспроизвести с помощью автоматической коробки передач. Кроме того, автомобилисты, которые могут управлять механической коробкой передач, могут управлять практически любым типом автомобиля в любой точке мира, в том числе в странах, где арендовать автоматическую коробку передач легче сказать, чем сделать.

Трехступенчатые механические коробки передач были распространены в 1940-х, 1950-х и даже 1960-х; оригинальный Ford Mustang стандартно поставлялся с трехступенчатой ​​коробкой передач. Инженерные отделы добавляли шестерни по мере совершенствования технологий, а также по мере того, как автомобили становились быстрее и потребность в эффективности возрастала.Четырехступенчатая механическая коробка передач стала нормой на десятилетия, потом на пять, а теперь на шесть. Однако некоторые спортивные автомобили высокого класса, такие как Porsche 911, предлагают семь передач.

АКПП

2017 года. Хотите верьте, хотите нет, но трансмиссия, которая переключает передачи сама по себе, когда-то считалась роскошью и долгое время была дорогостоящей опцией для многих моделей. Просмотрите местные объявления, и вы неизбежно заметите, что автоматическая коробка передач получила такое же распространение, как электрические стеклоподъемники и кондиционер.

Есть два основных типа автоматических коробок передач. Традиционная автоматическая коробка передач связана с двигателем через гидротрансформатор, а автомат с двойным сцеплением полагается — как вы уже догадались; хорошая работа — пара клатчей. Оба могут переключать передачи без какого-либо участия водителя. Этот процесс осуществляется гидравлически или электронно путем отслеживания важных параметров, таких как положение педали газа, скорость, с которой движется автомобиль, и обороты двигателя. Во многих автомобилях с автоматической коробкой передач переключение передач можно осуществлять вручную с помощью рычага переключения передач или подрулевых переключателей, установленных за рулевым колесом.

Наличие всего двух педалей дает много преимуществ. При такой конфигурации практически невозможно заглохнуть двигатель, а автомобиль с автоматической коробкой передач, как правило, более плавный и комфортный в управлении, чем рычаг переключения передач, особенно в условиях движения с остановками и остановками. Автомат обычно требует меньше обслуживания, чем ручной, хотя это может варьироваться от модели к модели. Наконец, автоматическая коробка передач с двойным сцеплением часто переключает передачи всего за миллисекунды для большей производительности и эффективности.

Четырехступенчатые автоматические коробки передач долгое время были нормой в отрасли, и небольшая горстка моделей все еще работает с четырьмя передачами.Однако сегодня обычным явлением является шестиступенчатая и восьмиступенчатая автоматика. Хонда строит девятиступенчатую; Ford и General Motors даже имеют на рынке совместно разработанную 10-ступенчатую коробку передач. Больше передач означает лучшее ускорение, более тихую езду по шоссе и улучшенную экономию топлива.

вариатор

2017 Третий основной тип трансмиссии — бесступенчатая трансмиссия, название которой обычно сокращают до CVT. Вместо шестерен в вариаторе используется система ремня и шкивов, обеспечивающая бесконечное количество передаточных чисел.Другими словами, передача никогда не переключается. Вариаторы также встречаются в скутерах, мотоциклах и снегоходах.

Вообще говоря, автомобиль, оснащенный вариатором, более плавный в управлении, чем эквивалентная модель с обычной автоматической коробкой передач. Вариатор также может сократить расход топлива, что объясняет, почему многие гибридные автомобили оснащены им. Однако это не все плюсы. Некоторые покупатели находят вождение автомобиля с вариатором совершенно странным, потому что он не переключается. Двигатель имеет тенденцию гудеть, когда он прикручен к вариатору, и автомобили часто обеспечивают ускорение, похожее на резиновую ленту.

Стремясь повысить признание потребителей, автомобильные компании иногда предлагают автомобили с вариатором и переключателями, которые выбирают предварительно запрограммированные передаточные числа, имитирующие передачи в обычной автоматической коробке передач. Не каждый автомобилист оценит жизнь с вариатором. Наш совет — попробовать перед покупкой и убедиться, что вы используете его во многих различных сценариях, а не только вокруг квартала. Вы можете не замечать, что он делает за кулисами, чтобы держать вас в движении, или можете полностью ненавидеть это.

CVT находятся в бесчисленном количестве автомобилей на японском рынке, и они становятся все более распространенными в Соединенных Штатах.Subaru Crosstrek, Mitsubishi Outlander Sport и Honda CR-V относятся к моделям с вариатором. Кроме того, некоторые высокопроизводительные автомобили, особенно Subaru WRX, предлагают вариатор вместо стандартной автоматической коробки передач.

Какая коробка передач мне подходит?

Вы, наверное, слышали, что выбирать автомобиль разумно на основе его трансмиссии. Мы согласны. Вы можете значительно сузить свой выбор, выбрав ручную или автоматическую коробку передач. В противном случае вы потратите много времени на перебор бесчисленных вариантов.Выбор механической или автоматической коробки передач зависит от двух ключевых факторов: вашего стиля вождения и того, какой автомобиль вызывает у вас наибольший интерес. Если вас не волнует «динамика вождения», то вам, вероятно, будет хорошо, если у вас будет душевное спокойствие по принципу «установил и забыл» в сочетании с автоматической коробкой передач или вариатором.

Большинство автолюбителей выбирают механическую коробку передач, потому что им нравится активно участвовать в вождении. Помните, что лучше не использовать механическую коробку передач, если вам предстоит долгая поездка с интенсивным движением на работу.Маршрут с остановками — неинтересно, если у вас механическая коробка передач. Однако важно отметить, что у вас могут быть ограниченные возможности, потому что многие новые автомобили имеют только один тип трансмиссии. В некоторых случаях вы можете попросить производителя заменить трансмиссию, но это будет стоить немалых денег.

Люди, которым нравится водить машину с механической коробкой передач, будут огорчены тем, что они не работают в автомобильной промышленности. Многие американские автопроизводители сокращают количество производимых механических коробок передач, делая механическую коробку передач роскошью для активных водителей.К счастью, на рынке все еще есть несколько доступных автомобилей с механической коробкой передач. К ним относятся Volkswagen GTI, Subaru Impreza, братья и сестры Mazda MX-5 Miata / Fiat 124 Spider и Toyota 86. Есть также варианты, доступные тем, у кого более большой бюджет, в том числе BMW M3, Porsche 911 и Jaguar. F-Type, хотя вам может потребоваться специальный заказ.

Рекомендации редакции

границ | Компактные редукторы для современной робототехники: обзор

Введение

Промышленные роботы составляют основу нескольких крупных традиционных производств, включая автомобилестроение и электронику.Сегодня многие регионы мира видят реальную возможность возродить обрабатывающую промышленность, внедряя роботов на малых и средних предприятиях (МСП) и в вспомогательные услуги, как правило, в здравоохранении (SPARC, 2015).

Для крупномасштабных промышленных сред с высокой степенью автоматизации преимущество роботизированных решений по сравнению с людьми-операторами в основном заключается в (i) большей доступности и (ii) способности перемещать — обычно большие — полезные грузы с исключительной точностью позиционирования и с высокой скоростью.Эти аспекты имеют решающее значение при разработке и выборе подходящих технологий для промышленного робота, особенно для первичных двигателей и трансмиссий, обеспечивающих движение этих устройств.

Применения в производстве и персональном обслуживании малых и средних предприятий бросают вызов этой традиционной парадигме робототехники. Ключ к успеху в этих новых приложениях лежит в очень высокой степени гибкости, необходимой для обеспечения безопасного и эффективного прямого сотрудничества с людьми для достижения общих целей.Эта цель требует, чтобы роботы сначала развили способность безопасно взаимодействовать с людьми в дисциплине, обычно называемой pHRI — физическое взаимодействие человека и робота.

pHRI оказывает широкое влияние на срабатывание роботов. Опыт, накопленный в течение последних десятилетий, в основном в области робототехники в сфере здравоохранения, показывает, что для безопасного и эффективного взаимодействия с людьми роботы должны в основном двигаться как люди, поэтому жертвуют некоторыми из своих традиционных преимуществ с точки зрения полезной нагрузки, точности и скорости.Эта ситуация привела к обширным исследованиям в последние годы, охватывающим оптимальный выбор первичных двигателей и передач для срабатывания HRI (Zinn et al., 2004; Ham et al., 2009; Iqbal et al., 2011; Veale and Xie, 2016 ; Verstraten et al., 2016; Groothuis et al., 2018; Saerens et al., 2019).

Эти работы относятся к более широкой области исследований, изучающих оптимизацию соединения между первичным двигателем и коробкой передач для данной задачи в автоматических машинах. Краткий обзор основных разработок в этой области дает полезные сведения, позволяющие понять влияние коробки передач на общую производительность системы.Паш и Серинг (1983) определили важность инерции при срабатывании и предложили использовать передаточное число для согласования инерции двигателя и отраженной нагрузки в качестве средства минимизации потребления энергии для чисто инерционной нагрузки. Чен и Цай (1993) применили эту идею к области робототехники и определили результирующую способность к ускорению конечного эффектора как определяющий параметр. Ван де Стрете и др. (1998) разделили характеристики двигателя и нагрузки, чтобы распространить этот подход на общую нагрузку, и предоставили метод определения подходящих передаточных чисел для дискретного набора двигателей и коробок передач.Roos et al. (2006) изучали выбор оптимального привода для трансмиссии электромобилей, добавляя вклад КПД коробки передач. Giberti et al. (2010) подтверждают инерцию ротора, передаточное отношение, эффективность коробки передач и инерцию коробки передач как наиболее важные параметры для выбора срабатывания и предлагают графический метод оптимизации этого выбора для динамической задачи. Петтерссон и Олвандер (2009) снова сосредоточились на промышленных роботах и ​​представили метод, моделирующий коробку передач с упором на массу, инерцию и трение.Резазаде и Херст (2014) используют очень точную модель двигателя и включают фундаментальный критерий выбора полосы пропускания в дополнение к минимизации энергии. Дрессчер и др. (2016) исследуют влияние трения на планетарный редуктор, в котором кулоновское трение является доминирующим механизмом трения, и демонстрируют, как КПД редуктора обычно становится преобладающим над КПД двигателя при высоких передаточных числах.

По сравнению с исходными моделями коробок передач, использовавшихся в этих работах, где коробки передач моделировались как идеальные передаточные числа, сложность моделей постепенно возрастала.Тем не менее, необходимо сделать важные — и нереалистичные — упрощения, чтобы добиться хорошей практической применимости этих методов. Таким образом, не учитываются такие важные эффекты, как жесткость на кручение и потерянное движение, а модели инерции и эффективности коробки передач сильно упрощены. Это оправданный подход для множества приложений, где упрощенные методы могут помочь инженерам выбрать подходящие трансмиссии. Однако в HRI эти свойства слишком важны для пригодности коробки передач, и их нельзя так сильно упростить.

Следовательно, необходим другой подход, чтобы предоставить полезные рекомендации по выбору коробки передач в HRI, избегая чрезмерной сложности задач оптимизации в этой области. Предоставление подробных сведений об эксплуатационных свойствах и характеристиках различных технологий редукторов для обоснованного выбора — еще один вариант, следуя традициям таких работ, как Schempf and Yoerger (1993) или Rosenbauer (1995). Следуя этому подходу, Siciliano et al. (2010), Ли (2014), Шейнман и др.(2016) и Pham and Ahn (2018) предоставляют интересные обзоры высокоточных редукторов для современной робототехники. Однако технологии не анализируются достаточно подробно, чтобы получить хорошее представление о сложных механизмах, в которых они влияют на выполнение роботизированной задачи.

Основная цель этого обзора состоит в том, чтобы дополнить эти работы подробным анализом основных принципов, сильных сторон и ограничений доступных технологий. Помимо возможности прогнозирования будущего технологий редукторов в робототехнике, этот подход может помочь неспециалистам по редукторам определить подходящие технологии компактных редукторов для многофакторных требований новых робототехнических приложений (López-García et al., 2018). Для специалистов по коробкам передач из других областей этот анализ может помочь им получить полезную информацию о конкретных потребностях приложений HRI.

Это исследование начинается с краткого описания основных требований к будущим роботизированным трансмиссиям, чтобы затем представить систему оценки, предназначенную для оценки пригодности и потенциала конкретной технологии коробок передач для этой области. Эта структура включает сильную перспективу pHRI и новый параметр — коэффициент скрытой мощности — для оценки эффективности, присущей определенной топологии редуктора.Эта новая структура используется в первую очередь для обзора традиционных технологий редукторов, используемых в промышленных роботах, и новых технологий передачи, которые в настоящее время находятся в процессе выхода на рынок. Наконец, в конце документа приводится краткое изложение выводов, сделанных в результате этого обзора, вместе с нашими выводами и рекомендациями.

Система оценки роботизированных трансмиссий с расширенными возможностями HRI

Контроль

Управление роботизированными устройствами — очень широкая и сложная тема, которая является предметом обширной исследовательской литературы.В этом разделе мы ограничимся введением основных принципов линейности и отраженной инерции, которые являются основными для понимания влияния редуктора на управление.

Хотя в целом скорость и точность являются противоречивыми требованиями, обычные робототехнические устройства превосходят в достижении высокой точности позиционирования на высокой скорости благодаря использованию жестких приводов с очень линейным поведением (Cetinkunt, 1991). Включение роботизированной трансмиссии влияет на сложность управления в основном двумя способами: вносит дополнительную нелинейность и сильно влияет на отраженную инерцию.

Нелинейности, вызванные включением трансмиссии, принимают в основном форму люфта и / или трения и уменьшают полосу пропускания системы, создавая важные проблемы управления (Schempf, 1990). Заявление о зубчатых колесах приводит к люфту, трению и (нежелательному) соответствию, которые затрудняют точное управление. (Hunter et al., 1991) сегодня так же актуально, как и почти 30 лет назад. Для некоторых технологий большие кинематические погрешности передачи и особенно нелинейное трение также могут вызывать значительные нелинейности.

Передачи также сильно влияют на отраженную инерцию системы. В роботизированном устройстве инерция первичного двигателя обычно на несколько порядков меньше, чем у полезной нагрузки, что делает систему нестабильной и создает серьезные проблемы с управлением. Добавление трансмиссии сильно снижает инерцию полезной нагрузки, которую видит первичный двигатель и которая отражается на него, на коэффициент, равный квадрату передаточного отношения трансмиссии. Таким образом, тщательный выбор трансмиссии может привести к более сбалансированной инерции на обеих сторонах трансмиссии, способствуя минимизации энергопотребления и созданию более надежной, стабильной и точной системы (Pasch and Seering, 1983).

Отраженная инерция особенно важна, когда рабочие органы претерпевают быстрые и частые изменения скорости и / или крутящего момента, что очень часто встречается в задачах автоматизации и робототехники. В этих случаях вводится перспектива пропускной способности, чтобы подтвердить способность системы отслеживать эти изменения (Sensinger, 2010; Rezazadeh and Hurst, 2014). Это лежит в основе принципа управляемости задним ходом, способности системы демонстрировать низкий механический импеданс, когда она приводится в действие с естественной выходной мощности (с обратным приводом).Это особенно важно при частом двунаправленном обмене энергией между роботом и его пользователем, что типично для реабилитационных устройств или экзоскелетов. Как демонстрируют Ван и Ким (2015), управляемость коробки передач задним ходом включает в себя комбинированный эффект отраженной инерции, отраженного демпфирования и кулоновского трения, и, следовательно, это тесно связано с эффективностью коробки передач.

Это подчеркивает важность для оценки управляющего воздействия определенной технологии коробки передач как возможностей передаточного числа, так и нелинейностей (люфт, трение), которые она вносит.

Безопасность

Промышленные роботы традиционно размещаются за забором в хорошо структурированной среде, где они могут воспользоваться преимуществами своих быстрых и точных роботизированных движений, не подвергая опасности сотрудников-операторов.

Безопасный pHRI, включающий способность безопасно перемещаться в неструктурированной / неизвестной среде, обязательно тесно связан с управляемостью. Текущая стратегия, используемая робототехниками для достижения этой цели, состоит из формирования механического импеданса (Calanca et al., 2015), то есть позволяя контроллеру соответствия управлять сложным динамическим соотношением между положением / скоростью робота и внешними силами (Hogan, 1984).

Принцип прост: чтобы обеспечить хорошую адаптацию к неопределенной среде, а также целостность человека-оператора / пользователя во время взаимодействия с роботизированным устройством, последний должен двигаться в соответствии с требованиями человека (Karayiannidis et al. др., 2015). Это подчеркивает важность импеданса и внутреннего соответствия (De Santis et al., 2008) и объясняет появление нового типа внутренне гибких исполнительных механизмов для pHRI (Ham et al., 2009), где требуется высокая степень соответствия (Haddadin and Croft, 2016).

С точки зрения управления, инерция полезной нагрузки, отраженная к первичному двигателю, уменьшается на коэффициент, соответствующий квадрату передаточного числа. Таким же образом обычно небольшая инерция ротора первичного двигателя усиливается тем же фактором при отражении в сторону полезной нагрузки, который должен быть добавлен к инерции, возникающей в результате движения роботизированного устройства и груза по соображениям безопасности, а также ограничение рабочих скоростей.

Хотя в большинстве актуаторов pHRI сегодня используются редукторы с высоким передаточным числом, некоторые известные робототехники Seok et al. (2014), Сенсингер и др. (2011) видят большой потенциал робототехники в использовании двигателей с высоким крутящим моментом (бегунков), требующих очень малых передаточных чисел. Новые производители робототехнических решений, такие как Genesis Robotics из Канады или Halodi Robotics AS из Норвегии, предлагают приводы для робототехники, основанные на этих принципах. По их мнению, увеличение инерции двигателя и уменьшение передаточного числа должно приводить к снижению инерции двигателя, отражаемой на рабочий орган, что позволяет повысить рабочие скорости и / или полезную нагрузку без ущерба для целостности оператора.Низкие передаточные числа также имеют дополнительное преимущество в ширине полосы: они имеют меньшее трение и люфт, уменьшая вклад нелинейностей от коробки передач. С другой стороны, умеренное передаточное число не может компенсировать нелинейные условия сцепления — обычно зубчатый крутящий момент (Siciliano et al., 2010).

При более внимательном рассмотрении технических характеристик этих новых двигателей возникают некоторые вопросы с точки зрения достижимой эффективности, веса или компактности, а также последствий для оборудования, возникающих в результате чрезмерной тяги к высоким электрическим токам (HALODI Robotics, 2018; GENESIS Robotics, 2020).

Подводя итог, нет полного согласия о том, как лучше всего подойти к безопасному срабатыванию для робототехники. Тем не менее, сильные естественные связи между безопасностью и управляемостью столь же очевидны, как и решающее значение передаточного числа трансмиссии и ее нелинейностей.

Вес и компактность

Облегченная конструкция имеет первостепенное значение для обеспечения совместимости безопасности и хорошей производительности в новых приложениях робототехники (Albu-Schäffer et al., 2008). Новейшие коллаборативные роботы (коботы), такие как облегченный робот KUKA, разработанный в сотрудничестве с Институтом робототехники и мехатроники Немецкого аэрокосмического центра (DLR), живут по этому принципу и, следовательно, сильно отличаются от тяжелых и громоздких традиционных промышленных роботов.Благодаря более низкой инерции, легкие коботы обеспечивают более высокую производительность — более высокие скорости — без ущерба для безопасности пользователя.

Этот выгодный аспект облегченной конструкции имеет и другие преимущества. Для мобильных робототехнических систем меньший вес означает большую автономность. В носимых вспомогательных роботизированных устройствах, включая протезы и экзоскелеты, легкий вес также является ключевым аспектом для повышения комфорта (Toxiri et al., 2019).

Высокая компактность — еще одна характерная черта этих новых роботизированных устройств: от коботов до вспомогательных устройств, компактность дает преимущества в маневренности и удобстве взаимодействия.

В роботизированных приложениях, предполагающих тесное сотрудничество с людьми или предоставление мобильных услуг, позиции по своей сути весьма неопределенны. Легкие и компактные конструкции особенно выгодны (Loughlin et al., 2007) для этих применений с двумя последствиями: первичные двигатели и трансмиссии — обычно самые тяжелые элементы в роботизированном устройстве — должны быть легкими и компактными, но легкие конструкции имеют тенденцию требуйте более низких крутящих моментов.

В отличие от веса коробки передач, определение подходящего критерия для оценки вклада коробки передач в компактность системы является более сложной задачей.Физический объем определенно играет роль, но наш опыт показывает, что фактическая форма коробки передач имеет тенденцию иметь большее влияние. Еще один аспект, о котором стоит упомянуть, — это наличие в некоторых конфигурациях редукторов свободного пространства для размещения материала или движущихся частей, таких как электродвигатели или выходные подшипники, также могут представлять особый интерес. Поэтому мы решили включить в нашу схему оценки приблизительную форму (диаметр × длина) выбранной коробки передач, в то время как наличие дополнительного места можно напрямую оценить с помощью предоставленных цифр для каждой из конфигураций.

Эффективность и виртуальная мощность

КПД

В таких областях, как автомобильные или ветряные турбины, эффективность редукторов долгое время находилась в центре внимания. С другой стороны, в робототехнике эффективность до недавнего времени не становилась ключевым параметром при выборе подходящей коробки передач (Arigoni et al., 2010; Dresscher et al., 2016).

Более высокий КПД — более низкие потери — позволяют снизить потребление энергии и прямо положительно влияют как на эксплуатационные расходы, так и на воздействие машины или устройства на окружающую среду.Для мобильных и носимых роботизированных устройств повышение эффективности также помогает снизить вес системы — требуются батареи меньшего размера — и в конечном итоге приводит к большей автономности и лучшему удобству использования (Kashiri et al., 2018).

В коробках передач есть еще одно дополнительное преимущество в снижении потерь: большинство механических трансмиссий, используемых в робототехнике, имеют замкнутую форму и используют некоторый вид контакта зубьев для передачи крутящего момента и движения между первичным двигателем и рабочим органом. Благодаря этому кинематическое соотношение между входной ω _In и выходной скоростями ω _Out заблокировано количеством зубцов и определяет его передаточное число i _K .В коробке передач без потерь передаточное отношение i _τ между выходным и входным крутящими моментами τ точно соответствует обратной кинематической трансмиссии с противоположным знаком. Но в реальной коробке передач наличие потерь изменяет это равенство, и, поскольку кинематическое передаточное число заблокировано числом зубьев, абсолютное значение передаточного числа крутящего момента должно уменьшаться пропорционально потерям:

Следовательно, высокие потери в коробке передач означают, что меньший крутящий момент доступен для рабочего органа и требуются более высокие передаточные числа для достижения такого же усиления крутящего момента.

Редукторы подвержены нескольким видам потерь. Чтобы классифицировать их, мы принимаем критерии, предложенные Talbot и Kahraman (2014), и разделяем их на зависимые от нагрузки (механические) потери мощности, возникающие из-за скольжения и качения контактных поверхностей, как в контактах шестерен, так и в подшипниках, и нагрузки -независимые (спиновые) потери мощности — возникают из-за взаимодействия вращающихся компонентов с воздухом, маслом или их смесью.

Виртуальная сила

Термин виртуальная мощность, насколько известно авторам, был первоначально введен Ченом и Анхелесом (2006), но это явление, объясняющее аномально высокие потери, присутствующие в некоторых планетных топологиях, долгое время было известно под разными названиями, включая Blindleistung (Wolf, 1958; Mueller, 1998) и скрытая или бесполезная мощность (Macmillan and Davies, 1965; Yu and Beachley, 1985; Pennestri and Freudenstein, 1993; Del Castillo, 2002).

В соответствии с принципом действия коробка передач всегда включает в себя высокоскоростную сторону с низким крутящим моментом и сторону с высоким крутящим моментом и низкой скоростью. Следовательно, его внутренние зубчатые зацепления обычно подвержены либо высокому крутящему моменту и низкой скорости, либо условиям высокой скорости и низкого крутящего момента. Однако в некоторых коробках передач из-за их особой топологии некоторые зацепления шестерен могут иметь одновременно высокую скорость и высокий крутящий момент. Зубчатые зацепления могут легко достичь КПД выше 98%, но поскольку генерируемые потери приблизительно пропорциональны произведению относительной скорости двух зубчатых элементов и крутящего момента, передаваемого через зацепление (Niemann et al., 1975), на этих высоконагруженных сетках появляются неожиданно большие потери. Виртуальная мощность обеспечивает основу для оценки вклада этого явления, которое мы в дальнейшем будем называть Топологической эффективностью редуктора.

Некоторые из вышеупомянутых авторов предлагают методы для оценки топологической эффективности данной конфигурации и определения ее влияния на общую эффективность системы. В рамках Chen and Angeles (2006) виртуальная мощность определяется как мощность, измеренная в движущейся — неинерциальной — системе отсчета.Скрытая мощность , представленная Ю и Бичли (1985), соответствует виртуальной мощности, когда опорная рамка является несущим элементом коробки передач, а виртуальная передаточная мощность — это соотношение между виртуальной мощностью и мощностью, генерируемой внешним крутящим моментом. применяется по ссылке. Используя эти элементы, мы определяем Latent Power Ratio топологии коробки передач как отношение между суммой скрытых мощностей во всех зацеплениях к мощности, потребляемой коробкой передач.Таким образом, большой коэффициент скрытой мощности соответствует низкой топологической эффективности и указывает на сильную тенденцию к возникновению больших потерь за счет зацепления.

Чтобы облегчить понимание практического влияния на общую эффективность топологической эффективности, характеризующейся скрытым коэффициентом мощности, данной конфигурации редуктора, мы используем на этом этапе уравнения, предложенные Макмилланом и Дэвисом (1965) для расчета упрощенный пример.

Полная коробка передач робототехники обычно включает в себя несколько зацепляющих контактов, каждый из которых имеет разные рабочие условия и параметры, что приводит к различной эффективности зацепления.Эти КПД очень высоки в оптимизированных зубчатых зацеплениях — часто выше 99% — и позволяют упростить наши расчеты, учитывая общую уникальную эффективность зацепления η _м = 99% во всех зацепляющих контактах в нашем редукторе.

Во-первых, эталонный редуктор, идеальный с точки зрения топологической эффективности, имел бы только одно зацепление и коэффициент скрытой мощности L = 1. Таким образом, потери мощности внутри этого эталонного редуктора можно легко рассчитать как функцию входной мощности. как:

Таким образом, общая эффективность зацепления всего редуктора соответствует таковой для одиночного зацепляющего контакта:

Неидеальный редуктор с таким же типовым η _m во всех его зацеплениях и со скрытым коэффициентом мощности L, характеризующим его топологический КПД, указывает на то, что общие потери в редукторе можно приблизительно оценить следующим образом:

И общая эффективность зацепления всей коробки передач теперь составляет:

Что для η _м = 99% и для значения L = 50 дает:

Этот результат следует частично релятивизировать, потому что накопленные потери в первых зацеплениях, задействованных вдоль различных внутренних потоков мощности в коробке передач, приводят к тому, что меньшая виртуальная мощность, как предсказано этими уравнениями, будет течь через последующие зацепления.Эффект от этого состоит в том, что КПД обычно будет падать немного медленнее с коэффициентом скрытой мощности, а более реалистичное значение для предыдущего расчета обычно будет между 55 и 60%.

Чтобы частично компенсировать это большое влияние топологической эффективности на общую эффективность, конфигурации с большим скрытым коэффициентом мощности требуют чрезвычайно высокой эффективности зацепления: для достижения эффективности системы> 70% системе с L = 100 требуется средняя эффективность зацепления. выше 99.5%.

Поэтому в нашем дальнейшем анализе мы сосредоточимся только на оценке вклада топологической эффективности в эффективность коробки передач. Это позволяет нам использовать упрощенный метод для расчета коэффициента скрытой мощности, который, в первую очередь, не учитывает влияние на потери, вызванные уменьшением крутящего момента. Соответствующие расчеты, использованные для определения коэффициента скрытой мощности различных конфигураций редукторов, проанализированных в этой работе, включены в Приложение I.

Подводя итог, чтобы охарактеризовать важный эффект КПД коробки передач, мы оценим порядок величины трех параметров: (i) потери, зависящие от нагрузки, (ii) пусковой момент без нагрузки и (iii) коэффициент скрытой мощности.Хотя на него дополнительно влияет статическое трение, а не только кулоновское и вязкое трение, мы выбрали пусковой крутящий момент без нагрузки (относительно номинального крутящего момента) в качестве практического способа характеристики потерь, не зависящих от нагрузки. Наши обмены с производителями редукторов показывают, что это обычная практика, она не зависит от входной мощности и легко доступна в технических данных производителя.

Производительность

По сравнению со специальными машинами и машинами для автоматической сборки промышленные роботы не могут достичь тех же стандартов точности и скорости.Оба аспекта пришлось скомпрометировать, чтобы обеспечить большую степень гибкости и мобильности, а также рабочего пространства (Rosenbauer, 1995). С этой точки зрения HRI — это всего лишь еще один шаг в том же направлении: чтобы соответствовать дальнейшим потребностям гибкости и мобильности в неструктурированной среде, необходимы дополнительные компромиссы с точки зрения точности и скорости. Этот переход отражен на рисунке 1.

Рисунок 1 . Графическое описание перехода основных задач задач от машин через промышленных роботов и коботов к людям-операторам.

Точность и повторяемость

Множество аспектов редуктора вносят вклад в общую точность полного роботизированного устройства. Эти аспекты долгое время находились в центре внимания традиционной робототехники и сегодня хорошо изучены, поскольку работы, подобные работам Майра (1989), Шемпфа и Йоргера (1993) или Розенбауэра (1995), содержат очень хорошие ссылки для понимания этих сложных влияний. Эти исследования выявили особенно важную роль, которую играют потерянный ход и жесткость на кручение.

Lost Motion — это дальнейшее развитие принципа люфта, который описывает полное вращательное смещение, создаваемое приложением ± 3% от номинального входного крутящего момента.

Жесткость на кручение характеризует податливость всех элементов коробки передач при кручении во всем потоке сил под действием внешнего крутящего момента. Это достигается путем блокировки входа редуктора и постепенного увеличения крутящего момента, прилагаемого на выходе, при этом регистрируются изменения жесткости на кручение, приводящие к отклонениям от идеально линейного поведения.

По своей природе точные — малые потери движения и линейная высокая жесткость на кручение — редукторы упрощают задачу управления и обеспечивают высокую точность, идеально подходят для управления положением, в то время как менее точные редукторы создают более серьезные проблемы для управления положением и могут использоваться для более гибкого срабатывания. . В технологиях редукторов, где скорость оказывает сильное влияние на потери или с особенно нелинейным трением, также необходимо учитывать вклад этих элементов в точность.

Чтобы охарактеризовать возможности точности, наша конструкция включает потерю движения и жесткость на кручение, а также субъективную оценку изменения эффективности, вызванного изменениями скорости / крутящего момента.

Скорость и полезная нагрузка

Промышленные роботы могут обрабатывать большие полезные нагрузки за счет большой инерции. Для коботов, с другой стороны, соображения безопасности подразумевают, что они не должны обрабатывать такие большие полезные нагрузки, но благодаря более легкой конструкции они действительно могут достичь большего отношения полезной нагрузки к массе.

Соображения безопасности также ограничивают степень, в которой это снижение массы может быть использовано для увеличения рабочих скоростей (Haddadin et al., 2009). Тем не менее, более низкий крутящий момент способствует использованию более легких и быстрых электродвигателей, что в принципе требует более высоких передаточных чисел для этих приложений.

Критерий для характеристики вклада коробки передач в скорость и характеристики полезной нагрузки должен отражать эти аспекты и побуждать нас использовать в нашей структуре (i) максимальную входную скорость, (ii) максимальный повторяемый выходной крутящий момент, называемый моментом ускорения, и номинальный крутящий момент, (iii) ) передаточное число и (iv) отношение крутящего момента к массе как для номинального, так и для момента ускорения.

Сводка

Определение характеристик роботизированных коробок передач — сложная задача: высокая универсальность этих устройств и их сложное взаимодействие с первичными двигателями и системами управления делают прямое сравнение их характеристик особенно сложным.

Передаточное отношение продемонстрировало сильное влияние на производительность робототехнической системы. Это объясняет его предпочтительную роль в литературе, посвященной оптимизации срабатывания роботов, и растущий интерес робототехников к возможностям использования переменных передач (Kim et al., 2002; Карбон и др., 2004; Страмиджоли и др., 2008; Жирар и Асада, 2017). Хотя мы убеждены, что трансмиссии с регулируемой передачей являются очень многообещающими и определенно будут способствовать формированию будущего ландшафта робототехники, мы ограничили наш анализ здесь компактными коробками передач с постоянным передаточным числом. На данный момент мы считаем, что нам лучше всего подойдет этот ограниченный объем, который может также способствовать выявлению потенциальных областей применения и подходящих технологий для трансмиссий с переменным передаточным числом.

На основе этого анализа мы предлагаем схему оценки будущих роботизированных коробок передач на основе следующих параметров:

• Передаточное число

• Ускорение и номинальный выходной крутящий момент

• Вес

• Форма: диаметр × длина

• Ускорение и номинальный крутящий момент к массе

• КПД: пиковое значение и субъективная зависимость от скорости и крутящего момента

• Топологическая эффективность: коэффициент скрытой мощности

• Пусковой крутящий момент при прямом и обратном движении без нагрузки в% от номинального входного крутящего момента

• Потери, не зависящие от нагрузки

• Потерянное движение

• Максимальная входная скорость

• Жесткость на кручение

Наша структура включает также эталонный вариант использования, характерный для множества задач pHRI согласно нашему собственному опыту: моменты ускорения более 100 Нм и передаточные числа более 1: 100, для которых необходимо оптимизировать вес, компактность и эффективность.

Обзор технологий передачи данных, используемых в настоящее время в промышленных роботах

Электродвигатели, оснащенные механическими трансмиссиями, обычно используются в качестве исполнительных механизмов в робототехнике (Rosenbauer, 1995; Scheinman et al., 2016), а также в промышленных роботах. Эти механические трансмиссии почти неизбежно основаны на какой-то зубчатой ​​передаче (Sensinger, 2013).

Благодаря их большей способности снижать общий вес и поскольку электродвигатели имеют тенденцию иметь более высокий КПД на высоких рабочих скоростях, другой характеристикой промышленных роботизированных трансмиссий является использование относительно больших коэффициентов передачи (передаточных чисел), обычно выше 1:40. (Розенбауэр, 1995).

Планетарные редукторы: чрезвычайно универсальная платформа

(PGT) — это компактные, универсальные устройства, широко используемые в силовых передачах. Благодаря характерной коаксиальной конфигурации и хорошей удельной мощности они особенно подходят для вращающихся первичных двигателей, таких как электродвигатели.

могут использовать две дифференцированные стратегии для достижения высоких коэффициентов усиления: (i) добавление нескольких ступеней обычных высокоэффективных PGT — здесь называемых редукторами и представленных на рисунке 2 — или (ii) использование особенно компактных конфигураций PGT с возможностью получения высоких передаточные числа.

Рисунок 2 . Внутреннее расположение редуктора Neugart с указанием его основных элементов, адаптировано из Neugart (2020) с разрешения © Neugart GmbH. Он также включает схему базовой топологии.

Хотя использование нескольких ступеней редукторов позволяет наилучшим образом использовать эффективность зацепления высоких шестерен и приводит к высокоэффективным редукторам, это обычно приводит к тяжелым и громоздким решениям. Компактные конфигурации PGT с другой стороны могут достигать высоких передаточных чисел в очень компактных формах, но они страдают от удивительно высоких потерь, связанных с высокими виртуальными мощностями (Crispel et al., 2018).

Особенно компактная конфигурация PGT для высоких передаточных чисел была впервые изобретена Вольфромом (1912) и использовалась в редукторах серии RE компании ZF Friedrichshafen AG (ZF), предназначенных для промышленных роботов (Looman, 1996). Эта конфигурация, показанная на рисунке 3, сильно зависит от Virtual Power, и ZF представляет собой единственное известное коммерческое применение конфигураций PGT, отличное от обычных редукторов. Хотя производство серии RE было прекращено в 90-х годах, Wolfrom PGT в последнее время вызывает растущий интерес сообщества исследователей робототехники, как мы резюмировали в предыдущей статье авторов (López-García et al., 2019а).

Рисунок 3 . Внутреннее устройство ZF’s RG Series Wolfrom PGT для роботизированных приложений адаптировано из Looman (1996) с разрешения © 1998 Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Он также включает схему базовой топологии.

Таблица 1 представляет оценку PGT. Несмотря на завышенные размеры для нашего теста, мы использовали ZF RG350 Wolfrom PGT, чтобы попытаться оценить потенциал конфигураций PGT с высоким коэффициентом передачи, основываясь на имеющихся доказательствах его пригодности для достижения высоких коэффициентов (Арнаудов и Караиванов, 2005; Mulzer, 2010 ; Капелевич и AKGears LLC, 2013).Для редукторов мы выбрали — при поддержке производителей — подходящие решения из портфолио Wittenstein и Neugart. Стоит отметить важную роль, которую играет максимальное передаточное число на ступень в редукторе: в то время как Виттенштейн ближе к максимуму осуществимости, определяемому избеганием контакта между соседними планетами, Нейгарт выбирает в своей серии PLE (серия PLFE может достигать 1: 100 соотношений только в два этапа) более ограничительный подход и, следовательно, для достижения общего усиления 1: 100 требуется три этапа вместо двух для Виттенштейна.Это приводит к менее компактным решениям и более низкой эффективности для приложения 1: 100, но позволяет Neugart достичь более высокого прироста — до 1: 512 — без фундаментальных изменений веса, размера или эффективности.

Таблица 1 . Схема оценки решений с планетарной зубчатой ​​передачей.

имеют вес около 4 кг, что нельзя напрямую сравнивать с увеличенными размерами RG350. RG350 имеет форму с большим диаметром и меньшей длиной, чем редукторы.Что касается отношения крутящего момента к весу, значения обоих решений кажутся относительно близкими.

имеют сильное преимущество в их хорошем КПД (выше 90%), который также менее чувствителен к изменениям рабочих условий, а пусковые моменты холостого хода очень низкие. Конфигурации с высоким коэффициентом полезного действия показывают, насколько сильно ограничивается топологическая эффективность, что приводит к снижению эффективности. Это, вероятно, объясняет, почему редукторы сегодня являются доминирующей технологией PGT в робототехнике.

демонстрируют самые высокие входные скорости (до 8 500 об / мин), но их потери хода также самые большие (4–6 Arcmin) в обычных редукторах. В робототехнике PGT широко использовались в первых промышленных роботах, в то время как в последние десятилетия их использование сильно сократилось, в основном из-за их ограничений, связанных с уменьшением люфта. Несмотря на то, что существуют механизмы, ограничивающие изначально более значительную обратную реакцию PGT, на практике они основаны на введении определенной предварительной нагрузки, отрицательно влияющей на их эффективность (Schempf, 1990).

Гармонические приводы: легкий редуктор деформационной волны без люфта

Редуктор Strain Wave был изобретен Массером (1955) и нашел широкое применение в 70-х годах, первоначально в аэрокосмической отрасли. Его основное космическое применение было в качестве элемента механической передачи в аппарате лунохода Аполлона-15 в 1971 году (Schafer et al., 2005).

Его название происходит от характерной деформации его Flexspline , нежесткой, тонкой цилиндрической чашки с зубьями, которые служат в качестве выходных.Flexspline входит в зацепление с фиксированным сплошным круглым кольцом с внутренними зубьями шестерни, Circular Spline , в то время как он деформируется вращающейся эллиптической заглушкой — волновым генератором , как это видно на рис. 4. Этот тип редуктора является наиболее распространенным. обычно называют Harmonic Drive © (HD) из-за очень эффективной стратегии защиты IP.

Рисунок 4 . Внутренняя конфигурация коробки передач Harmonic Drive CSG (слева), адаптированная из Harmonic Drive (2014) с разрешения © 2019 Harmonic Drive SE, и редуктора E-Cyclo (справа), адаптированная из SUMITOMO (2020) с разрешения © Sumitomo Drive, 2020 Germany GmbH.Также включена схема их базовой топологии KHV, используемая для расчета его скрытого коэффициента мощности в Приложении I.

Для нашего сравнительного анализа мы выбрали два подходящих редуктора Harmonic Drive, CSD-25-2A, предназначенный для интеграции в роботизированное соединение, чтобы обеспечить адекватные структурные граничные условия, и сверхлегкий редуктор CSG-25-LW, представляющий конструктивно достаточное решение. что может быть более прямо по сравнению с другими технологиями. Совсем недавно компания SUMITOMO представила новую коробку передач E-CYCLO, работающую также на принципе действия волны деформации.SUMITOMO предоставила нам доступ к своему самому последнему каталогу (SUMITOMO, 2020), что позволило нам включить его в наш тест (Таблица 2). Еще одна интересная волна деформации, очень похожая на гармонический привод, недавно была также представлена ​​GAM в своей серии коробок передач для робототехники, которая также включает планетарные зубчатые передачи и циклоидные приводы (GAM, 2020).

Таблица 2 . Схема оценки решений волн деформации.

Выбранная модель CSG имеет значительно больший крутящий момент, чем предполагалось в нашем тесте.Форма имеет больший диаметр, чем длина, а вес значительно ниже, чем у других технологий, и обеспечивает наилучшее соотношение крутящего момента к весу среди проанализированных технологий. Действительно, характерное зацепление с несколькими зубьями обеспечивает большее сопротивление крутящему моменту, чем в PGT, что делает эту технологию очень подходящей для соединений, расположенных ближе к рабочему органу, где они часто встречаются в современных промышленных роботах.

Пиковый КПД ниже, чем у редукторов, и ближе к RG350, а КПД особенно чувствителен к условиям эксплуатации.Поезда Strain Wave демонстрируют большие потери, не зависящие от нагрузки, и пусковые моменты без нагрузки — особенно в условиях обратного движения, которые становятся особенно критическими для высоких скоростей и / или низких крутящих моментов (Harmonic Drive, 2014). Для роботизированных устройств HRI, подверженных частым изменениям скорости и полезной нагрузки в сочетании с обменом энергией между роботизированным устройством и пользователем, это означает, что средняя эффективность быстро падает ниже 40–50% (López-García et al., 2019b). Также стоит отметить их большой коэффициент скрытой мощности, указывающий на одновременное присутствие высоких крутящих моментов и скоростей в зацеплении зубьев, что также помогает объяснить относительно низкий КПД.

Еще раз, благодаря зацеплению с несколькими зубьями, можно достичь потерянных движений ниже 1 угловой минуты, что дает этому редуктору сильное преимущество, которое помогает гармоническим приводам находить широкое применение в промышленных роботах. Они смогли вытеснить PGT из многих приложений, особенно после значительного улучшения характеристик, вызванного новой геометрией зубьев, представленной этой компанией в 90-х годах, что также улучшило линейность их жесткости (Slatter, 2000).

Максимальная входная скорость раньше была сильным ограничением для использования редукторов HD (Schempf, 1990), но новые достижения и улучшения конструкции позволяют им теперь достигать 7500 об / мин.

Циклоидные приводы: для высокой прочности и жесткости на кручение

С момента своего изобретения Лоренцем Брареном в 1927 году (Li, 2014) циклоидные приводы нашли применение в основном в лодках, подъемных кранах и некотором крупном оборудовании, таком как прокатные станы или станки с ЧПУ. В циклоидных приводах эксцентричное входное движение создает шаткое циклоидальное движение одиночного большого планетарного колеса, которое затем преобразуется обратно во вращение выходного вала и приводит к высокой редукционной способности (Gorla et al., 2008), см. Рисунок 5.

Рисунок 5 . Внутренняя конфигурация циклоидных приводов SUMITOMO Fine Cyclo F2C-A15 и Fine Cyclo F2C-T155, идентифицирующая их основные элементы, адаптирована из SUMITOMO (2017) с разрешения © Sumitomo Cyclo Drive Germany GmbH, 2017. Он также включает схему лежащих в основе топологий.

Таблица 3 включает лидера рынка (NABTESCO RV) в этом сегменте и основных претендентов (SPINEA и SUMITOMO). RV от NABTESCO и серия Fine-Cyclo T от SUMITOMO включают в себя обычную ступень PGT с предварительным зацеплением.Полезная нагрузка этих устройств больше, чем требуется для нашего теста, и приводит к большому весу. Это уже дает ценную информацию: более компактные решения недоступны на рынке и, согласно информации, предоставленной некоторыми производителями, менее интересны, поскольку для них потребуется высочайшая точность производства и, в конечном итоге, приведет к высоким затратам.

Таблица 3 . Схема оценки решений для циклоидных приводов.

Формы аналогичны коробкам передач с волновой деформацией, а по весу больше и ближе к весам PGT по вышеупомянутым причинам.Отношение крутящего момента к массе больше, чем у PGT, но немного ниже, чем у редукторов с волновой деформацией. Основное преимущество циклоидных приводов заключается как раз в их способности выдерживать большие нагрузки и особенно ударные нагрузки, а также в минимальных требованиях к техническому обслуживанию.

Пиковый КПД выше, чем у редукторов с волновой деформацией, и ближе к КПД PGT, но КПД сильно зависит от условий эксплуатации (Михайлидис и др., 2014), а пусковые моменты холостого хода и коэффициент скрытой мощности высокие, как аналогично редукторам с волновой деформацией.

Хотя они, как правило, имеют некоторый люфт, который, если их конструкция часто компенсируется, достигает уровней, сопоставимых с уровнями редукторов с волновой деформацией, вероятно, за счет немного более высокого трения. Их жесткость на кручение — самая большая из проанализированных технологий редукторов.

имеют неотъемлемое ограничение на работу с высокими входными скоростями, вызванное наличием большого и относительно тяжелого планетарного (кулачкового) колеса, что приводит к большой инерции и дисбалансу.Это мотивирует использование, как правило, двух планетарных колес, расположенных последовательно и смещенных на 180 градусов друг к другу, для устранения дисбаланса, уменьшения вибраций и увеличения входной скорости. Это объясняет, как благодаря объединению циклоидных приводов со ступенями предварительного зацепления, состоящими из обычных ступеней PGT, циклоидные приводы получили широкое распространение в робототехнике. Такое расположение повышает эффективность, снижает чувствительность к высоким входным скоростям и обеспечивает легкую настройку их передаточных чисел.В 90-х годах гармонические приводы доминировали на рынке роботизированных коробок передач, но усовершенствования циклоидной технологии позволили циклоидным приводам начать покорять бездорожье, сначала в Японии, а затем в других местах (Rosenbauer, 1995). В настоящее время производители, такие как NABTESCO, SUMITOMO или NIDEC, предлагают циклоидные гибриды с интегрированным передаточным механизмом PGT, покрывающие более 60% рынка роботизированных коробок передач, и поэтому стали новой доминирующей технологией, особенно для проксимальных суставов, подверженных более высоким нагрузкам и меньшим ограничениям по весу (WinterGreen Исследования, 2018).

Наконец, стоит упомянуть наличие относительно большой пульсации крутящего момента, которая вносит нелинейности и усложняет их регулирование. Эта пульсация крутящего момента связана с необходимостью использования циклоидных профилей зубьев, чтобы избежать столкновения зубьев между большим планетарным колесом (-ами) и зубчатым венцом, что делает эти устройства чрезвычайно чувствительными к изменениям межцентрового расстояния, возникающим даже из-за небольших производственных ошибок. Существует несколько попыток улучшить эту ситуацию, используя эвольвентные зубья, менее чувствительные к колебаниям межцентрового расстояния, с уменьшенными углами давления и / или коэффициентами контакта для минимизации радиальных сил и повышения эффективности (Morozumi, 1970), а также с использованием других форм нестандартных зубьев. -инволютные зубы (Коряков-Савойский и др., 1996; Хлебаня и Куловец, 2015).

Обзор новейших технологий передачи для робототехники

Усилитель крутящего момента REFLEX

Genesis Robotics привлекла большое внимание в сообществе робототехники с появлением их двигателя с прямым приводом, LiveDrive ^© . Согласно Genesis, LiveDrive в двух доступных топологиях — радиальном и осевом потоках — обеспечивает сравнительные характеристики в соотношении крутящего момента к массе. Двигатель с осевым магнитным потоком может достигать 15 Нм / кг, в то время как радиальный поток ограничивается максимум 10 Нм / кг.

Чтобы расширить спектр применения, Genesis Robotics представила совместимую коробку передач, получившую название Reflex , которая показана на рисунке 6. Эта литая под давлением сверхлегкая пластиковая коробка передач предназначена для легких роботов, и хотя изначально она была разработана для совместной работы с LiveDrive. и поэтому он нацелен на передаточные числа ниже 1:30, он также способен обеспечивать передаточные числа до 1: 400 (GENESIS, 2018).

Рисунок 6 . Внутренняя конфигурация и основные элементы редуктора Reflex адаптированы из GENESIS Robotics (2020) с разрешения © 2019 Genesis Robotics.Он также включает схему базовой топологии.

В основе топологии лежит топология Wolfrom PGT с несколькими меньшими планетами (Klassen, 2019), в которой реактивное (стационарное) зубчатое колесо разделено на две части для балансировки в соответствии с конструкцией, первоначально предложенной Россманом (1934) и используемой в качестве хорошо в аппарате Hi-Red Tomcyk (2000).

В редукторе Reflex выходное кольцо также разделено для облегчения сборки с косозубыми зубьями. Еще одним интересным аспектом этой конструкции является заклеенная лентой форма планет, которая, как подозревают авторы, связана с возможностью предварительной нагрузки системы для достижения нулевого люфта, который, как утверждает Genesis, возможен с этой коробкой передач.По заявлению компании, гибкость пластиковых планетарных колес также дает преимущество в уменьшении люфта.

К сожалению, пока нет независимых тестов, подтверждающих данные характеристики, и никаких официальных данных, особенно по эффективности, от Genesis пока нет, поэтому в Таблицу 4 включено только значение Latent Power Ratio, полученное в результате его топологии.

Таблица 4 . Схема оценки новых технологий редукторов.

Таким образом, хотя лежащая в основе топология Wolfrom указывает на то, что эффективность, безусловно, будет сложной задачей, эта инновационная коробка передач демонстрирует большой потенциал, доступный для переосмысления существующих технологий и их адаптации к будущим потребностям робототехники. Genesis Robotics недавно вступила в интересное партнерство с известными промышленными компаниями, такими как Koch Industries Inc. и Demaurex AG.

проезд Архимеда

IMSystems из Нидерландов является дочерней компанией Делфтского технологического университета, созданной в 2016 году для использования изобретения Archimedes Drive (Schorsch, 2014).

Привод Архимеда снова повторяет топологию редуктора Wolfrom (также с разрезным реактивным зубчатым венцом в некоторых его конструкциях), но включает в себя революционное новшество в использовании роликов вместо зубчатых колес для замены зубчатых контактов контактами качения, см. Рисунок 7. Контролируемая деформация планетарных роликов позволяет передавать крутящий момент между планетами аналогично колесам транспортного средства.

Рисунок 7 . Внутренняя конфигурация привода Архимеда с деталями, показывающими его планеты Flexroller, адаптирована из IMSystems (2019) с разрешения © 2019 Innovative Mechatronic Systems B.V. со схемой лежащей в основе топологии.

Характеристики, представленные в таблице 4, взятой из брошюры компании (IMSystems, 2019) и доступной по запросу, показывают, что использование топологии Wolfrom дает этому устройству возможность достигать очень высоких передаточных чисел в компактной форме, но это также приводит к низкой топологической эффективности. Согласно IMSystems, замена контакта зубьев шестерни на контакт качения способствует минимизации контактных потерь, которые, в частности, при передаче крутящего момента между планетарной передачей и кольцевыми роликами должны компенсировать высокое латентное соотношение мощности и приводить к максимальному КПД. около 80% (IMSystems, 2019).Никаких данных о пусковых моментах или потерях, не зависящих от нагрузки, не приводится.

Чтобы обеспечить передачу высокого крутящего момента без проскальзывания, необходимо строго контролировать деформацию роликов планетарного механизма, а также производственные допуски коробки передач. Это представляет собой одну из основных технологических проблем, и это ядро ​​инноваций, вносимых этой технологией (Schorsch, 2014).

NuGear

STAM s.r.l. — частная инженерная компания из Генуи, которая помогла разработать роботизированный сустав для гуманоидного робота I-Cub.Их NuGear — это нутационная коробка передач, которая изначально была задумана (Барбагелата и Корсини, 2000) для космических приложений, но может развить свой потенциал и для робототехники за счет исследования альтернативных производственных средств.

Пока нет общедоступной информации о рабочих характеристиках этой коробки передач, что означает, что мы можем предоставить здесь только предварительный анализ ее топологии и результирующих характеристик, которых можно ожидать на основе ограниченной информации, доступной в основном из проекта Caxman EU ( CAxMan, 2020), для которого NuGear был примером использования, и из доступных патентов (Barbagelata et al., 2016).

На рисунке 8 внутренняя структура NuGear представлена ​​с использованием эквивалентной конфигурации PGT — для облегчения понимания абстрагируется аспект нутации. Таким образом становится ясно, что NuGear напоминает два PGT Wolfrom, для которых несущая используется в качестве входа, соединенных последовательно, и где каждый из них соответствует одному из двух этапов, определенных в Barbagelata et al. (2016). Это еще раз указывает на то, что в этой коробке передач будет присутствовать относительно высокий коэффициент скрытой мощности.Для передаточного числа 1: 100 и при условии сбалансированного усиления 1:10 на каждой из двух ступеней, как предложено в Barbagelata et al. (2016), мы получаем, используя уравнения, выведенные в Приложении I, коэффициент скрытой мощности 32, что указывает на топологическую эффективность, аналогичную таковой у Wolfrom PGT.

Рисунок 8 . Внутренняя конфигурация двухступенчатой ​​коробки передач NuGear для версии с оппозитными контактами планет адаптирована из CAxMan (2020) с разрешения © Stam S.r.l. Он также включает схему базовой топологии.

Еще предстоит подтвердить, в какой степени использование методов аддитивного производства может помочь STAM s.r.l. снизить большие затраты на производство конических зубчатых колес, а также определить, сможет ли операция нутации достичь достаточной надежности и более компактной формы, которые могут открыть дверь для ее использования в области робототехники (CAxMan, 2020).

Двусторонний привод

Компания FUJILAB в Иокогаме предложила в Fujimoto (2015) коробку передач с высокой степенью управляемости для робототехники, которая особенно подходит для работы без датчика крутящего момента (Kanai and Fujimoto, 2018).

Как видно на Рисунке 9, конфигурация этого устройства снова аналогична PGT Wolfrom. При такой топологии Fujimoto et al. смогли достичь при передаточном числе 1: 102 КПД при движении вперед 89,9% и КПД при движении задним ходом 89,2%. Пусковой крутящий момент без нагрузки в обратном направлении составил 0,016 Нм в коробке передач с внешним диаметром ~ Φ50 мм (Kanai and Fujimoto, 2018). Стратегия достижения такой высокой эффективности с топологией Wolfrom заключается в оптимизации коэффициентов сдвига профиля (Fujimoto and Kobuse, 2017).

Рисунок 9 . Внутренняя конфигурация двустороннего привода, высокоэффективной коробки передач, способной обеспечивать передаточное число 1: 102 с использованием топологии Wolfrom, любезно предоставлено © Yasutaka Fujimoto.

Эти многообещающие результаты — см. Таблицу 4 — показывают, что выравнивание соотношений подвода и углубления посредством оптимизации коэффициентов смещения профиля может привести к чрезвычайно высокой эффективности зацепления. Насколько известно авторам, эта стратегия была первоначально предложена Хори и Хаяши (1994) и особенно интересна в топологии Wolfrom, где она в конечном итоге может обеспечить эффективность выше 90% в сочетании с высокими передаточными числами и компактными топологиями.

Привод подшипника шестерни

Вслед за новаторской работой в этой области Джона М. Враниша из НАСА, результатом которой стало изобретение планетарной шестерни без водила во Вранише (1995) и подшипников с частичными зубьями (Враниш, 2006), NASA Goddard Space Центр управления полетами представил свою концепцию нового зубчатого подшипника в Вайнберге и др. (2008).

Северо-Восточный университет в Бостоне продолжил разработку этого нового привода для применения в роботизированных соединениях.Как видно на Рисунке 10, он включает в себя коробку передач Wolfrom, адаптированную для включения конструкции Vranish без опоры и зубчатых подшипников. Подшипники шестерен представляют собой контакты качения, которые предусмотрены для каждой пары зубчатых колес в соответствии с их делительным диаметром и уменьшают нагрузку на подшипники коробки передач (Brassitos et al., 2013). Эта топология обеспечивает удобную интеграцию электромотора, который, следовательно, встроен в полую часть большого солнечного зубчатого колеса в конфигурации, специально предназначенной для космических приложений (Brassitos and Jalili, 2017).

Рисунок 10 . Внутренняя конфигурация зубчатого подшипника, включая встроенный бесщеточный двигатель, адаптирована из Brassitos and Jalili (2017) с разрешения © 2017 Американское общество инженеров-механиков ASME. Справа также показана лежащая в основе топология Wolfrom с расщепленным реакционным кольцом.

В Brassitos and Jalili (2018) металлический прототип привода с зубчатым подшипником с передаточным числом 1:40 характеризуется жесткостью, трением и кинематической погрешностью.Измерения полностью соответствуют показателям FUJILAB и подтверждают низкий пусковой крутящий момент без нагрузки в этой конфигурации (0,0165 Нм для внешнего диаметра коробки передач ~ 100 мм). После экспериментального измерения жесткости, трения и кинематической погрешности их привода (Brassitos and Jalili, 2018) интегрировали эти значения в динамическую модель, которая затем была смоделирована и сравнена с откликом скорости разомкнутого контура системы при свободном синусоидальном движении, показав хорошие результаты. корреляция и предлагает очень удобную высокую линейность передачи.

Предварительные измерения показали хороший комбинированный КПД двигателя и коробки передач Wolfrom с передаточным числом 1: 264 (Brassitos et al., 2013), что не очень хорошо коррелирует с рассчитанным скрытым коэффициентом мощности 196. КПД не был определен. снова в центре внимания недавних статей авторов, и мы, к сожалению, не смогли на данный момент подтвердить окончательные уровни эффективности, которых могут достичь новые прототипы.

В любом случае привод с зубчатым подшипником дает очень интересные возможности для использования потенциала топологии Wolfrom в робототехнике.Возможность удаления несущего элемента и встраивания электродвигателя в коробку передач в общем корпусе позволяет получить впечатляюще компактные конструкции. Возможность использования продольных роликов зубчатых подшипников для уменьшения радиальной нагрузки на подшипники также является многообещающим вариантом для повышения компактности и повышения эффективности (Brassitos et al., 2019).

The Galaxie Drive

Schreiber and Schmidt (2015) защищает основные инновации, включенные в Galaxie Drive, коробку передач, которую WITTENSTEIN в настоящее время выводит на рынок прецизионных коробок передач через свой стартап Wittenstein Galaxie GmbH, созданный в апреле 2020 года.

Хотя таблица данных и подробная информация еще не доступны, также раскрыты принцип работы и ожидаемая прибыль. Galaxie Drive представляет новый кинематический подход, основанный на линейном наведении одиночного зуба в зубчатом каркасе Teeth Carrier , но, по словам этих авторов, его топология напоминает топологию деформационно-волнового механизма, см. Рис. 11. Гибкая линия заменена зубцами. Держатель, включающий два ряда отдельных зубцов, выполнен с возможностью радиального перемещения и зацепления с круговым шлицем в качестве вращающегося многоугольного вала выполняет роль генератора волн с многоугольным периметром (Schreiber and Röthlingshöfer, 2017).Следовательно, несколько отдельных зубцов одновременно входят в зацепление с круговым шлицем — так же, как в Harmonic Drive. По словам производителя, это вместе с двухточечным контактом с высокой устойчивостью к крутящему моменту между каждым отдельным зубом и зубчатым каркасом обеспечивает этому устройству характерный нулевой люфт, высокую жесткость на кручение и эталонное соотношение крутящего момента к весу.

Рисунок 11 . Деталь зацепления зубьев коробки передач Galaxy (R) DF адаптирована из Schreiber (2015) с разрешения © 2020 Wittenstein Galaxie GmbH.Он включает схему базовой топологии KHV.

В ходе прямого обмена мнениями представители Виттенштейна подтвердили, что очевидная проблема трения между отдельными зубьями и их направляющим круговым кольцом решена, и Galaxie может достичь максимальной эффективности выше 90%. Из-за лежащей в основе конфигурации KHV ожидаются большие коэффициенты скрытой мощности, но пока невозможно получить дальнейшее представление об эффективности зацепления, которая будет результатом радиального движения зубьев, которое включает новую логарифмическую спиральную боковую поверхность зуба (Мишель, 2015).

Первоначально привод Galaxie Drive предназначался для высокоточного оборудования, где высокая жесткость и сопротивление крутящему моменту могут помочь увеличить скорость и повысить производительность. В будущем мы, безусловно, сможем оценить потенциал этой инновационной технологии также для робототехнических приложений.

Обсуждение

Новое поколение робототехнических устройств меняет приоритеты в выборе подходящих коробок передач. Вместо высочайшей точности на высоких скоростях эти устройства предъявляют более строгие требования к легким и очень эффективным устройствам с механическим усилением.

Сверхлегкие приводы деформационных волн (HD, E-cyclo), безусловно, находятся в очень хорошем положении для удовлетворения этих потребностей, что подтверждается их нынешним доминированием в области коботов. При рассмотрении привода деформационной волны для роботизированной задачи pHRI работа при низких крутящих моментах и ​​скоростях должна быть сведена к минимуму, если эффективность должна быть максимальной. Хотя их оптимизированная геометрия зубьев способствует более линейной жесткости на кручение, трение остается очень нелинейным и зависит от направления, вызывая также определенные ограничения использования.Храповик как следствие ударной нагрузки — еще одно ограничение, которое следует учитывать для этого типа редуктора, которое E-Cyclo не должен иметь (SUMITOMO, 2020).

прошли долгий путь, чтобы в конечном итоге стать доминирующей технологией в промышленных роботах. Благодаря технологическим достижениям, направленным на уменьшение люфта и ограничений скорости ввода, они теперь могут обеспечивать хорошую точность с приемлемой эффективностью, несмотря на высокие скрытые коэффициенты мощности, возникающие из-за базовой топологии KHV, эквивалентной топологии приводов с волновой деформацией.Использование ступени перед зацеплением также вносит важный вклад в достижение этой цели за счет повышения базовой топологической эффективности. Сверхлегкие конструкции, подобные конструкции SPINEA, демонстрируют интересный потенциал, но в конечном итоге потребуются более прорывные подходы, такие как пластиковые материалы, чтобы удовлетворить потребности в более легких коробках передач и более высоких передаточных числах, необходимых для HRI. Пока это не станет возможным, циклоидные приводы можно рассматривать только для больших полезных нагрузок, когда их больший вес и результирующая инерция не критичны для работы.Когда исключительная точность не требуется, можно избежать мер компенсации люфта в пользу повышения эффективности и более низких пусковых моментов. В любом случае следует позаботиться о том, чтобы адекватно управлять пульсацией крутящего момента, и, вероятно, необходимо будет остаться на этапе перед включением, чтобы обеспечить высокие скорости входного двигателя.

Невозможность планетарных редукторов уменьшить люфт при сохранении хорошей производительности и ограничения жесткости на кручение ограничили их использование в промышленной робототехнике. Тем не менее, PGT чрезвычайно универсальны, что демонстрирует их широкое использование во множестве современных промышленных устройств.И они изначально эффективны, надежны и относительно просты — дешевы — в производстве. Это может объяснить недавний интерес робототехников к PGT и почему пять из шести изученных здесь принципиально инновационных редукторов основаны на конфигурации PGT с высоким передаточным числом: топологии Wolfrom. Лучшая топологическая эффективность в сочетании с улучшением эффективности зацепления за счет модификации профиля или даже еще одного шага вперед по замене зубьев контактами качения являются многообещающими характеристиками. В сочетании с возможностями, открываемыми их полой топологией, эти элементы потенциально могут привести к возвращению PGT в робототехнику.

Наше исследование показывает, что большая универсальность технологий редукторов, используемых в робототехнике, представляет собой серьезную проблему для прямого сравнения их характеристик. Как показывают примеры люфта и максимальной входной скорости, адекватные модификации конструкции могут надлежащим образом компенсировать большинство исходных слабых мест определенной технологии за счет компромиссов в других аспектах, обычно включая эффективность, размер, вес и стоимость. Точно так же большие скрытые коэффициенты мощности указывают на существенный топологический недостаток с точки зрения эффективности, но он также может быть — по крайней мере частично — компенсирован соответствующими модификациями.Таким образом, обучающий эффект заключается в том, что выбор подходящей технологии редуктора для определенного применения pHRI является чрезвычайно сложным процессом, требующим глубокого понимания фундаментальных недостатков, возможностей улучшения и производных компромиссов каждой технологии. Наша первоначальная цель исследования — внести свой вклад в простую таблицу выбора, способную помочь неопытным робототехникам в выборе подходящих технологий редукторов для своих роботизированных устройств, поэтому не могла быть достигнута.Вместо этого в этой статье собраны и объясняются основные параметры выбора и связанные с ними проблемы в каждой из доступных технологий, чтобы помочь инженерам-роботам pHRI развить необходимые навыки, необходимые для осознанного выбора подходящей, индивидуально оптимизированной коробки передач.

Два важных аспекта роботизированных редукторов для pHRI, к сожалению, не могут быть адекватно оценены в нашем исследовании на данном этапе: шум и стоимость. По мере того как робототехнические устройства становятся все ближе к людям, робототехники уделяют все больше внимания шуму.Редукторы, безусловно, представляют собой важный источник шума (переносимого воздухом и конструкциями), но, к сожалению, на данном этапе рекомендуется исключить шум из нашего анализа по двум основным ограничениям. Во-первых, большинство производителей редукторов еще не предоставляют количественных оценок шумовых характеристик, и когда они это делают, они, как правило, следуют другим методам испытаний, которые также не особенно подходят для рабочих условий в pHRI. Во-вторых, современные технологии коробок передач все еще должны пройти ожидаемый процесс оптимизации шума.

Стоимость также является важным параметром, делающим технологии pHRI более доступными, и поэтому становится важным при выборе подходящих редукторов для будущих робототехнических технологий. К сожалению, и здесь научному сообществу доступно недостаточное количество исходной информации для систематической справедливой оценки крупномасштабного экономического потенциала определенной технологии редукторов. Прежде чем можно будет определить подходящую основу для оценки этого потенциала, требуется большой объем исследовательской работы, которая явно выходит за рамки нашего исследования.

Эти два ограничения очерчивают основные рекомендации авторов для интересных направлений будущих исследований. Определение стандартных условий испытаний на воздушный и конструктивный шум в коробках передач, особенно адаптированных к типичным условиям эксплуатации и потребности в pHRI, могло бы позволить прямое сравнение различных технологий и способствовать их оптимизации шума. Кроме того, составление доступных моделей затрат для производственных процессов, связанных с изготовлением коробок передач, и их адаптация к специфике конкретных технологий, используемых в робототехнике, позволит создать основу для оценки потенциала (и препятствий) крупномасштабных затрат разные технологии.

Взносы авторов

Все авторы участвовали в предварительной работе, связанной с этой темой исследования, и внесли свой вклад в концептуализацию структуры, представленной в рукописи. PG работала над созданием подходящей системы оценки для выполнения анализа коробки передач и взяла на себя инициативу в написании рукописи и преобразовании ее в ее нынешнюю форму. PG и ES в равной степени способствовали выявлению потенциально подходящих технологий и их анализу с помощью структуры.Все корректуры авторов прочитали и внесли свой вклад в окончательную версию статьи.

Финансирование

SC, ES (доктор философии) и TV (доктор наук) являются научными сотрудниками Исследовательского фонда Фландрии — Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (FWO). Эта работа частично финансируется Программой исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 в рамках Соглашения о гранте № 687662 — проект SPEXOR.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить профессора Ясутака Фудзимото из Йокогамского национального университета, а также компании Neugart GmbH, Harmonic Drive SE, Sumitomo Drive Germany GmbH, Genesis Robotics, Innovative Mechatronic Systems B.V., Stam s.r.l. и Wittenstein Galaxy GmbH за любезную поддержку и полученные объяснения, а также за разрешение использовать прилагаемые изображения их устройств.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2020.00103/full#supplementary-material

Список литературы

Альбу-Шеффер, А., Эйбергер, О., Гребенштейн, М., Хаддадин, С., Отт, К., Вимбок, Т. и др. (2008). Мягкая робототехника. Робот IEEE. Автомат. Mag. 15, 20–30. DOI: 10.1109 / MRA.2008.9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Arigoni, R., Cognigni, E., Musolesi, M., Gorla, C., and Concli, F. (2010). «Планетарные редукторы: эффективность, люфт, жесткость» в Международная конференция VDI по зубчатым колесам (Мюнхен).

Google Scholar

Арнаудов, К., Караиванов, Д. (2005). «Планетарные зубчатые передачи с высшим составом» в Международная конференция VDI по зубчатым колесам , Vol. 1904 (Мюнхен: VDI-Bericht), 327–344.

Барбагелата А. и Корсини Р. (2000). Riduttore Ingranaggi Conici Basculanti . Патент Италии № IT SV20000049A1. Рим: Ufficio Italiano Brevetti e Marchi.

Барбагелата А., Эллеро С. и Ландо Р. (2016). Планетарная коробка передач .Европейский патент № EP2975296A2. Мюнхен: Европейское патентное ведомство.

Брасситос, Э. и Джалили, Н. (2017). Проектирование и разработка компактного высокомоментного роботизированного привода для космических механизмов. J. Mech. Робот. 9, 061002-1–061002-11. DOI: 10.1115 / 1.4037567

CrossRef Полный текст | Google Scholar