Là thành phần cốt lõi của rô bốt công nghiệp, bộ giảm tốc chính xác dành cho rô bốt yêu cầu các đặc điểm như chuỗi truyền động ngắn, khối lượng nhỏ, công suất cao, trọng lượng nhẹ và điều khiển dễ dàng so với các bộ giảm tốc phổ thông.
Có hai loại bộ giảm tốc chính được sử dụng rộng rãi trong rô-bốt khớp nối: bộ giảm tốc RV và bộ giảm tốc điều hòa.
Nguyên lý, ưu điểm và nhược điểm của bộ giảm tốc RV và bộ giảm sóng hài:
Bộ giảm tốc RV:
Dùng cho ba khớp chân, thắt lưng, khuỷu tay của robot có momen quay lớn, còn robot công nghiệp chịu tải trọng lớn thì RV dùng cho trục thứ nhất, thứ hai, thứ ba. So với bộ giảm tốc điều hòa, chìa khóa của bộ giảm tốc RV nằm ở quy trình gia công và lắp ráp của chúng. Bộ giảm tốc RV có độ bền mỏi, độ cứng và tuổi thọ cao hơn, không giống như bộ truyền động điều hòa, làm giảm đáng kể độ chính xác của chuyển động theo thời gian. Hạn chế của chúng là trọng lượng nặng và kích thước tổng thể lớn hơn.
Bộ giảm sóng hài:
Được sử dụng cho rô-bốt công nghiệp có tải trọng nhỏ hoặc rô-bốt lớn có nhiều trục ở cuối, bộ giảm tốc điều hòa là một loại thiết bị truyền dẫn điều hòa, bao gồm bộ gia tốc điều hòa và bộ giảm tốc điều hòa. Bộ giảm tốc điều hòa chủ yếu bao gồm: bánh xe cứng, bánh xe linh hoạt, ổ trục và máy tạo sóng, tất cả đều không thể thiếu. Trong số đó, số răng của bánh xe cứng lớn hơn một chút so với bánh xe linh hoạt. Đặc điểm của bộ giảm tốc điều hòa được sử dụng trong robot nhỏ là kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, khả năng chịu tải cao, độ chính xác chuyển động cao và tỷ số truyền một tầng lớn.
Cả hai đều được chia lưới với sự khác biệt nhỏ về răng, nhưng điểm khác biệt là bánh răng chính trong điều hòa rất linh hoạt và yêu cầu biến dạng tốc độ cao lặp đi lặp lại nên tương đối dễ vỡ, khả năng chịu lực và tuổi thọ hạn chế. RV thường sử dụng chong chóng cycloidal, trong khi sóng hài thường sử dụng biên dạng răng phức tạp. Một số nhà sản xuất hiện sử dụng biên dạng răng vòng cung kép, tiên tiến hơn nhiều so với biên dạng răng cưa.
Hai gã khổng lồ về giảm tốc là Nabtesco và Harmonica Drive gần như độc quyền về robot giảm tốc trên toàn cầu. Cả hai loại hộp giảm tốc đều có độ chính xác gia công ở mức micromet, khó đạt được độ tin cậy cao trong quá trình sản xuất hàng loạt chứ chưa nói đến vận hành tốc độ cao vài nghìn vòng quay, đồng thời có tuổi thọ cao.
Bộ giảm tốc điều hòa bao gồm bốn thành phần cơ bản: "bánh xe linh hoạt, bộ tạo sóng, bánh xe cứng và ổ trục".
Đường kính ngoài của bánh xe linh hoạt nhỏ hơn một chút so với đường kính trong của bánh xe cứng và thông thường bánh xe linh hoạt có ít hơn 2 răng so với bánh xe cứng. Hình dạng elip của bộ tạo sóng xác định rằng các điểm tiếp xúc răng của bánh xe linh hoạt và bánh xe cứng được phân bố ở hai phía đối diện giữa tâm của hình elip. Trong quá trình quay của bộ tạo sóng, phần tiếp xúc giữa bánh răng linh hoạt và răng của bánh răng cứng bắt đầu ăn khớp với nhau. Bộ tạo sóng quay 180 độ theo chiều kim đồng hồ và bánh xe linh hoạt tương đương với bánh xe cứng quay ngược chiều kim đồng hồ chênh lệch một răng. Tại hai vị trí đối xứng 180 độ, hơn 30 phần trăm tổng số răng ăn khớp đồng thời, điều này cũng tạo ra khả năng truyền mô-men xoắn cao.
So với bộ giảm sóng hài, truyền RV là một loại truyền mới nổi, được phát triển trên cơ sở truyền hành tinh con lắc kim truyền thống. Nó không chỉ khắc phục những thiếu sót của bộ truyền con lắc kim nói chung mà còn có một loạt ưu điểm như kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, phạm vi tỷ số truyền lớn, tuổi thọ dài, độ chính xác ổn định, hiệu quả cao và truyền ổn định.
Bộ giảm tốc RV bao gồm các chong chóng cycloidal và các giá đỡ hành tinh, được sử dụng rộng rãi trong rô bốt công nghiệp, máy công cụ, thiết bị kiểm tra y tế, hệ thống thu vệ tinh và các lĩnh vực khác do các ưu điểm của chúng như kích thước nhỏ, khả năng chống va đập mạnh, mô-men xoắn cao, cao độ chính xác định vị, độ rung thấp và tỷ lệ giảm lớn.
Vỏ và bánh răng xích lô của bộ giảm tốc RV được truyền qua thép đặc, do đó có khả năng chịu tải mạnh. Các bánh xe linh hoạt của bộ giảm tốc điều hòa có thể biến dạng liên tục để truyền mô-men xoắn, điều này xác định khả năng hạn chế của bộ giảm tốc điều hòa trong việc chịu được mô-men xoắn lớn và tải trọng tác động, vì vậy chúng thường được sử dụng ở phần đầu xe.
Ưu điểm và nhược điểm của cả RV và bộ giảm sóng hài
Bộ giảm tốc điều hòa có cấu trúc đơn giản và nhỏ gọn, phù hợp cho các ứng dụng thu nhỏ, tải trọng thấp và trung bình.
Bộ giảm tốc RV có độ cứng tốt, khả năng chống va đập mạnh, truyền động ổn định và độ chính xác cao nên phù hợp với các ứng dụng có tải trọng từ trung bình đến nặng. Tuy nhiên, bộ giảm tốc RV cần truyền một lượng mô-men xoắn lớn, chịu được tác động quá tải lớn và đảm bảo tuổi thọ làm việc dự kiến. Do đó, các cấu trúc định vị tương đối phức tạp được sử dụng trong thiết kế, làm cho quá trình sản xuất và kiểm soát chi phí trở nên khó khăn. Không có các bộ phận chịu tải biến dạng đàn hồi bên trong bộ giảm tốc RV, vì vậy nó có thể chịu được một lượng mô-men xoắn nhất định. Ổ trục của bộ giảm tốc RV là liên kết yếu của nó, khi chịu tác dụng lực rất dễ vượt quá giới hạn khả năng chịu lực, dẫn đến ổ trục bị mài mòn hoặc gãy bất thường. Vấn đề này nổi bật hơn trong quá trình vận hành tốc độ cao, do đó mô-men xoắn định mức của bộ giảm tốc RV giảm đáng kể với tốc độ đầu vào.