Harmoninė pavara yra pagrindinė daugybės robotų programų dalis. Neįtikėtinai paprasta, bet gana keista žiūrėti, ši pavarų sistema yra itin tiksli ir pasižymi įspūdingu sukimo momento ir svorio santykiu, net jei ji svyruoja. Taigi kaip tai veikia?
Iš pažiūros keista „Harmonic Drive“ pavara veikia gana genialiai – jos lanksti elipsė apskritime sukuria svyrančią judesį, kai ji sukasi, ir tik maždaug trečdalis dviejų pagrindinių pavarų dantų liečiasi su vienas kitą bet kuriame taške, tačiau rezultatas yra nepaprastai kompaktiška ir lengva maža pavara, galinti užtikrinti puikų sukimo momentą ir absoliučiai tiksliai, be jokios pavaros ar laisvo judėjimo.
Pirmą kartą jį 1957 m. sugalvojo Pensilvanijos atstovas C. Waltonas Musseris, nuostabiai kūrybingas išradėjas, turintis patentų viskam – nuo vairo stiprintuvų sistemų, beatatrankinių šautuvų ir pneumatinių gelbėjimosi liemenių pripūtimo priemonių iki daugelio pagrindinių idėjų, kuriomis grindžiamos reaktyvinių lėktuvų išmetimo sėdynės. Harmonic Drive pirmą kartą buvo komercializuotas septintojo dešimtmečio pradžioje. Jis pagamintas iš trijų pagrindinių komponentų:
Harmoninis diskas
- Bangų generatorius: šiek tiek elipsės formos įvesties stebulė su rutuliniu guoliu aplink išorinį kraštą.
- Lanksti linija: lankstus, puodelio formos komponentas su dantimis išoriniame perimetro. Jis deformuojasi radialiai, bet išlaiko sukimo standumą, kai įdedamas pailgos bangos generatorius.
- Apvalus įdubimas: visiškai standus žiedas su vidiniais dantimis, panašus į planetinį žiedinį krumpliaratį, ir su dviem dantimis daugiau nei lanksčioji linija.
Kai bangų generatorius sukasi, apie 30 % lanksčios linijos dantų abiejuose galuose bet kuriuo metu liečiasi su apskrito įdubos dantimis, sudarydami tolimesnę bangą. Dėl to lankstumo linija sukasi apskrito spline viduje, bet priešinga įvesties kryptimi. Patikrinkite:
Harmonic Drive® įtempimo bangos pavara: funkcinis principas | Originalas
Dalis šios sistemos genialumo yra jos nulinis atstumas – tarp pavarų nėra laisvumo, todėl ji idealiai tinka tiksliam ir smulkiam variklio valdymui. Jo kompaktiškas, lengvas dizainas taip pat puikiai tinka naudoti, kai erdvė yra ribota. O su nedaug judančių dalių Harmonic Drive yra labai patikimas ir patvarus.
Šiandien Harmoniniai diskai yra visur įjungti ir išjungti planeta. Pramoniniai robotai, tokie kaip „Fanuc“ ir „Universal Robots“, juos naudoja tokioms užduotims kaip suvirinimas ir surinkimas, kur pakartojamas, tikslus judesys yra labai svarbus.
„Da Vinci“ chirurginis robotas, sukurtas minimaliai invazinėms procedūroms, remiasi „Harmonic Drives“ savo rankose, suteikiant jam subtilius mikrojudesius be nulio, kad būtų galima pasiekti didžiausią tikslumą, atliekant minimaliai invazines žmonių operacijas.
Harmoninis diskas
„Boston Dynamics“ „Atlas“ humanoidiniai ir „Spot Quadruped“ robotai juos naudoja rankose ir kojose, be kita ko, kad pasiektų sklandų, kontroliuojamą judėjimą, būdami stiprūs.
Net NASA marsaeigiai „Curiosity“ ir „Perseverance“ turi „Harmonic Drives“ robotų rankose ir ratuose. Marsaeigių siuntimas į kitą planetą be vilties sustoti techninės priežiūros ar remonto metu yra šio dizaino patikimumo ir ilgaamžiškumo įrodymas.
Nors Musseris niekada nepastebėjo, kol jo išradimas pasiekė Marsą, jis bent jau matė, kaip jis iškeliavo į kosmosą. „Harmonic Drive“ buvo įprastas standartinės „Space Shuttle“ nuotolinio manipuliavimo sistemos (dar žinomos kaip „Canadarm“) komponentas, naudojamas šaudykluose, tokiuose kaip „Columbia“ ir „Challenger“, tvarkyti naudingus krovinius ir dislokuoti krovinius.
Praėjus beveik 70 metų nuo jo sukūrimo, šis nuostabus išradimas, pasižymintis išskirtiniu, bet tikslingu „svyravimu“, ir toliau randamas įvairiose srityse. Nuo tikslių chirurginių judesių iki tolimų planetų tyrinėjimo – Harmonic Drive genialumas slypi paprastume, patikimumu ir tikslumu.
„Harmonic Drive®“ įtempimo bangos pavara – nulinis atstumas
Šaltinis: Harmonic Drive