Réducteurs de Précision | Faible Jeu, Couple Élevé

Les réducteurs de précision sont l'un des principaux composants des articulations robotiques et réduisent la vitesse du moteur tout en augmentant le couple du moteur, permettant un mouvement fluide et contrôlé. Les réducteurs servo de précision sont essentiels à la robotique haute performance en raison de la stabilité qu'ils fournissent et de la précision positionnelle, ce qui en fait une méthode indispensable de création de mouvement. Dans un réducteur de précision, un jeu nul ou faible est extrêmement important pour éliminer le jeu dans le système mécanique qui pourrait causer un mouvement involontaire ou affecter la reproductibilité et la répétabilité.

Les types de réducteurs de précision incluent :

• Réducteurs planétaires de précision - Petits et haute densité de couple.
• Réducteurs harmoniques (engrenages à ondes de déformation) - Offrent un excellent jeu nul avec précision haute qualité et encombrement réduit.
• Réducteurs cycloïdaux - Très durables et capables de supporter les chocs.

Les réducteurs harmoniques sont un design d'engrenage préféré dans les applications telles que : les bras robotiques ou bras manipulateurs où un haut degré de précision positionnelle et un mouvement fluide sont requis dans un encombrement réduit.

Dans une articulation robotique, un réducteur de précision sert à réduire la vitesse du moteur tout en augmentant le couple de sortie, ce qui permet un mouvement précis et contrôlé des articulations du robot. Un réducteur de précision est un composant critique des systèmes d'automatisation avancée et de robotique.

Les principaux avantages et fonctions d'un réducteur de précision en robotique :

• Couple augmenté : Un réducteur robotique fournit une augmentation du couple à l'articulation du robot. Cela permet à une articulation robotique de déplacer des charges lourdes ou une force de résistance avec une précision et un contrôle supérieurs.
• Réduction de vitesse : Un réducteur de vitesse robotique permet de ralentir la rotation à grande vitesse du moteur pour produire un mouvement contrôlé. Ce niveau de contrôle est nécessaire pour le mouvement de prise et de placement ou pour les modes de soudage ou la robotique chirurgicale.
• Jeu nul : Les conceptions haute performance telles que les réducteurs à ondes progressives ou les réducteurs à ondes de contrainte ont éliminé le jeu mécanique (backlash) des articulations. Ceci est fondamental pour les réducteurs de précision car le jeu mécanique posait problème aux servomoteurs initialement conçus pour les robots industriels et les machines CNC, ainsi que les systèmes de bras robotiques.
• Économie d'espace et légèreté : L'utilisation de réducteurs compacts avancés, tels que les réducteurs cycloïdaux ou les systèmes de réduction harmonique, peut produire un couple élevé dans un petit package, ce qui les rend idéaux pour les systèmes robotiques avec des contraintes d'espace ou de poids.
• Contrôle de mouvement fiable : Un mécanisme d'articulation robotique soutient la répétabilité de position du système, ce qui contribue à une meilleure précision opérationnelle et à une durée de vie prolongée du système robotique ou chirurgical.

Dans les applications de robotique de haute précision, disposer d'un mécanisme « à faible ou zéro jeu » est essentiel. Le jeu mécanique affecte directement la précision positionnelle, la précision et la réactivité d'un robot, qui sont tous cruciaux pour réaliser des mouvements robotiques de haute qualité.

Voici les raisons pour lesquelles le jeu est important :

1. Précision positionnelle :

Le jeu (ou le jeu mécanique indésirable) entre les dents d'engrenage causera un retard ou un dépassement dans le mouvement du moteur. Pour les applications de précision telles que l'assemblage robotisé, la robotique chirurgicale ou la micro-manipulation, même un écart minimal peut entraîner une erreur positionnelle.

2. Répétabilité :

Dans les environnements industriels, le robot doit revenir à la même position encore et encore. Une boîte de vitesses à jeu faible ou zéro, telle qu'une boîte de vitesses à entraînement harmonique ou une boîte de vitesses à onde progressive, peut répéter les mouvements avec précision, ce qui signifie qu'il n'y a pas de dérive ni de glissement.

3. Contrôle de mouvement stable :

Le jeu ne produit pas de mouvements lisses lors de changements rapides de direction car il entraîne des vibrations ou des instabilités. Une boîte de vitesses sans jeu fournira une transition douce vers un nouveau mouvement et est particulièrement importante dans les applications où le contrôle de trajectoire est primordial.

4. Critique pour l'outillage haute précision :

Les applications telles que l'usinage CNC, les applications de découpe laser et les bras robotisés utilisés en électronique nécessitent des mouvements d'outil qui sont exacts, et l'absence de jeu signifie qu'il n'y aura pas de retard ou de déviations.

5. Support des systèmes de contrôle en boucle fermée :

Le contrôle basé sur la rétroaction tel que les moteurs pas à pas avec codeurs est affecté par tout jeu (ou système de dégagement) en raison de contraintes mécaniques entraînant une réduction de la fidélité du mouvement de contrôle. Les systèmes contrôlés en boucle fermée utiliseront des boîtes de vitesses de précision pour un faible jeu.

• Précision élevée : Conçu pour fournir un jeu faible et un transfert de couple optimal.
  
• Variété d'options pour adapter : Avantage allant de la taille micro à la taille industrielle, conçu pour maximiser les rapports couple/vitesse.
  
• Construction durable : Fabriqué avec des alliages de première qualité et des traitements de surface pour la fiabilité et la longévité.
  
• Boîtes de vitesses de précision personnalisées : Conception configurable pour la charge, l'espace et les cycles de fonctionnement.
  
• Produit et assemblé de manière centralisée : Contrôle total de la qualité, de l'ajustement et des performances, de l'usinage CNC à l'assemblage.
  
• Conçu pour l'intégration : Peut être intégré à une variété de bras robotiques, d'actionneurs et de plates-formes de mouvement.

Chaque type de réducteur à engrenages de précision (planétaire, harmonique (onde de contrainte) et cycloïdal) présente ses propres avantages et inconvénients ainsi que des différences de conception. Cet article vous aidera à comprendre comment chaque réducteur à engrenages se compare dans la robotique et l'automatisation industrielle :

1) Réducteur planétaire

• La conception comprend un engrenage solaire central avec des engrenages planétaires montés sur une couronne. Il offre une densité de couple élevée dans un petit encombrement.
• Le réducteur offre une bonne efficacité et un jeu modéré qui peut être davantage minimisé dans les conceptions de précision.
• Il convient à de nombreuses applications, notamment l'automatisation industrielle, les machines-outils à commande numérique et les applications générales de robotique.
• Il s'agit généralement d'une solution moins coûteuse que les autres types d'engrenages de haute précision.

2) Réducteur harmonique (réducteur à onde de contrainte)

• Un réducteur harmonique utilise une cannelure flexible et un générateur d'ondes, ce qui produit un mouvement lisse et flexible avec un degré élevé de réduction d'engrenage.
• Ce réducteur a un jeu quasi nul et convient bien aux applications de précision telles que les robots chirurgicaux, les robots spatiaux et les cardan.
• Les réducteurs harmoniques sont généralement compacts et légers mais disposent d'une capacité de couple élevée. Ils sont généralement plus coûteux (pas toujours !) et plus fragiles que les autres types.

3) Réducteur cycloïdal

• Les réducteurs cycloïdaux fonctionnent sur la base d'un mouvement de roulement réalisé par des disques cycloïdaux et des roulements à aiguilles, ce qui entraîne une usure réduite et une capacité supérieure aux chocs.
• Ils conviennent bien aux robots lourds et aux bras collaboratifs qui ont des charges dans la catégorie des charges lourdes.
• Les réducteurs cycloïdaux offrent un faible jeu et un mouvement lisse, ce qui permet d'obtenir des tâches reproductibles et précises.

L'entraînement harmonique (également connu sous le nom de réducteur à onde progressive) se distingue par sa compacité et sa précision.

Entraînements harmoniques : Compacts et précis

• Compacité :

Les entraînements harmoniques permettent des rapports de réduction élevés dans un boîtier très compact et léger. Ceci est dû à son mécanisme unique à onde progressive, qui ne nécessite pas de grands étages de réduction empilés comme la plupart des réducteurs traditionnels. Cela les rend parfaits pour les applications où l'espace est pratiquement nul, comme les instruments chirurgicaux, les articulations de robots humanoïdes et les systèmes spatiaux/aéronautiques.

• Précision et jeu quasi nul :

Un avantage majeur des entraînements harmoniques est leur capacité à fournir un faible ou aucun jeu et en utilisation pratique pratiquement aucun écart ou décalage lors du changement de direction du mouvement. Ceci bénéficie aux opérations nécessitant une précision telle que la chirurgie robotique et l'alignement optique.

• Rapport couple-taille élevé :

Les entraînements harmoniques permettent la transmission d'un couple relativement élevé par rapport à la taille et au poids, ce qui permet des systèmes robotiques avec à la fois une bonne force et une bonne agilité. L'efficacité de l'entraînement harmonique est nécessaire pour certains types de robots, tels que les systèmes miniaturisés.

• Mouvement fluide et reproductible :

La spline flexible et le générateur d'onde d'un entraînement harmonique permettent un engrènement continu des dents, favorisant une rotation fluide et un mouvement reproductible, ce qui est important pour les bras robotiques et les actionneurs ayant des attentes élevées en matière de précision et de mouvement.