Mini réducteur harmonique pour petits bras robotisés et robots de bureau à 6 axes

Le développement de systèmes robotiques plus petits et plus légers engendre de nouvelles exigences pour les articulations des robots. Les petits bras robotisés, les bras robotisés de bureau et les bras robotisés compacts à 6 axes sont de plus en plus utilisés dans l'assemblage électronique, l'automatisation de laboratoire, l'éducation, la recherche et d'autres applications où l'espace est limité. Ces robots doivent offrir une grande flexibilité de mouvement multi-axes sans être trop volumineux ni trop lourds pour leur environnement de travail.

Un petit bras robotisé à six axes utilise généralement six articulations rotatives pour contrôler la position et l'orientation de son effecteur. Cette architecture confère au robot une excellente flexibilité, mais complexifie la conception des articulations. Chaque articulation doit fournir un couple de sortie suffisant et une précision de positionnement adéquate, tout en maîtrisant ses dimensions et son poids.

Pour ce type de bras robotisé, le réducteur est bien plus qu'un simple composant de transmission. Ses dimensions, son jeu, son rapport de réduction, sa densité de couple et sa configuration mécanique influent directement sur la conception de l'ensemble du robot. Un mini-réducteur harmonique offre une solution de transmission compacte pour les articulations robotisées exigeant des rapports de réduction élevés, un faible jeu, une densité de couple élevée et, dans les configurations creuses, un passage de câbles interne.

Pour les fabricants développant de petits bras robotiques à 6 axes, des bras robotiques de bureau, des bras robotiques collaboratifs légers et des équipements d'automatisation compacts, ces caractéristiques rendent les mini-réducteurs harmoniques particulièrement pertinents pour la conception moderne des articulations des robots.

Pourquoi les petits bras robotisés ont-ils besoin de mini-réducteurs harmoniques ?

On ne peut pas concevoir un petit bras robotisé en réduisant simplement l'échelle d'un robot industriel classique. Plus le robot est petit, plus le rapport entre la taille et le poids des articulations, le couple moteur et l'espace disponible pour l'installation devient crucial.

Un bras robotique typique à 6 axes comporte plusieurs articulations rotatives disposées en série. Le poids d'une articulation est supporté par les articulations situées plus près de sa base. Si l'articulation de l'épaule ou du coude devient excessivement lourde, les articulations en amont nécessitent un couple plus important pour déplacer le robot. Cela peut entraîner l'utilisation de moteurs et de composants structurels plus volumineux, et donc un robot globalement plus lourd.

Pour un bras robotisé de bureau, ce problème est encore plus évident car l'ensemble du système doit rester suffisamment compact pour fonctionner sur un établi ou à l'intérieur d'une petite cellule d'automatisation.

Un réducteur compact à forte densité de couple peut donc apporter bien plus qu'une boîte de vitesses plus petite. Il permet aux ingénieurs de réduire l'encombrement des articulations, de maîtriser le poids du robot et d'optimiser la structure mécanique de l'ensemble du bras robotique compact à 6 axes.

C’est l’une des principales raisons pour lesquelles les mini-réducteurs harmoniques sont envisagés pour les articulations robotiques compactes.

Qu'est-ce qu'un mini réducteur harmonique pour un petit bras robotisé ?

Un mini réducteur harmonique est un réducteur de précision compact basé sur la technologie de transmission harmonique. Sa fonction principale est de convertir la rotation à grande vitesse d'un moteur en un mouvement de sortie à vitesse réduite et couple plus élevé pour une articulation de robot.

Le rapport de réduction élevé offert par la transmission harmonique permet à un réducteur relativement compact d'obtenir une réduction de vitesse importante sans nécessiter plusieurs étages d'engrenages. Les rapports de réduction typiques pour les applications robotiques sont de 30:1, 50:1, 80:1 et 100:1, selon le modèle.

Pour un petit bras robotisé, le système de transmission de base peut se composer d'un moteur, d'un mini-réducteur harmonique et d'une articulation de sortie. Associé à un moteur couple sans carter, à un codeur et à un frein, le réducteur peut également s'intégrer à un actionneur d'articulation robotisée plus complexe.

Cette architecture est particulièrement pertinente pour les petits bras robotisés, les bras robotisés de bureau, les robots de bureau à 6 axes, les petits bras robotisés collaboratifs et les articulations robotiques compactes, où l'espace d'installation disponible est limité et où chaque composant doit être soigneusement intégré.

Principaux avantages des mini-réducteurs harmoniques pour petits bras robotisés

Taille compacte et rapport de réduction élevé

L'un des avantages les plus importants d'un mini réducteur d'harmoniques est sa capacité à atteindre un taux de réduction relativement élevé au sein d'une structure de transmission compacte.

Des rapports de réduction tels que 30:1, 50:1, 80:1 et 100:1 peuvent permettre au moteur et au réducteur d'atteindre la vitesse et le couple requis sans avoir recours à plusieurs étages de réduction.

Pour un petit bras robotisé à 6 axes, la réduction du nombre d'étages de transmission permet de simplifier la structure articulaire et de mieux contrôler le diamètre externe de l'articulation. Ceci est particulièrement important pour les bras robotisés de bureau, où des articulations surdimensionnées peuvent augmenter l'encombrement et limiter l'espace de travail disponible.

Un réducteur compact à rapport élevé offre donc aux concepteurs de robots une plus grande liberté pour développer des liaisons plus petites et des articulations plus intégrées.

Faible jeu pour un mouvement précis des articulations du robot

Un faible jeu est particulièrement important dans un bras robotique à six axes car la position finale de l'effecteur terminal dépend du mouvement coordonné de plusieurs articulations.

Le jeu peut engendrer une perte de mouvement lors d'un changement de sens de rotation. Si cette erreur se répète sur plusieurs articulations, elle peut affecter la précision de positionnement de l'effecteur.

Les mini-réducteurs harmoniques sont conçus pour une transmission de précision et offrent un jeu angulaire très faible. Selon le niveau de précision et le modèle, ce jeu peut atteindre environ ≤ 1 minute d'arc, des configurations de plus haute précision étant disponibles, avec des valeurs de l'ordre de la dizaine de secondes d'arc.

Pour les petits bras robotisés à 6 axes, cette caractéristique peut permettre un positionnement répétable et un mouvement de trajectoire contrôlé dans des applications telles que l'assemblage de circuits imprimés, le vissage, la distribution, le soudage, la manipulation de composants et l'inspection.

Densité de couple élevée pour bras robotiques légers

Pour un robot léger, le couple de sortie doit être pris en compte conjointement avec le poids et les dimensions de l'articulation.

Un réducteur capable de fournir le couple requis dans un format compact permet aux ingénieurs de contrôler la masse articulaire sans sacrifier les capacités mécaniques du robot.

Ceci est particulièrement important pour les bras robotiques sériels à 6 axes. Une articulation du coude ou du poignet plus légère réduit la charge supportée par l'épaule et les autres articulations en amont. De ce fait, le robot dans son ensemble peut potentiellement être optimisé autour de moteurs plus petits, de composants structurels plus légers et d'articulations plus compactes.

Pour les bras robotiques de bureau et les bras robotiques collaboratifs légers, cette relation entre le poids des articulations et les performances globales du robot fait de la densité de couple un élément de conception important.

Arbre creux pour le passage interne des câbles

La gestion des câbles est un autre élément important à prendre en compte lors du développement d'un petit bras robotique.

Un robot à six axes peut nécessiter le passage de câbles de moteurs, de câbles d'encodeurs, de câbles de capteurs, de tubes pneumatiques et de connexions d'effecteurs. Le cheminement externe des câbles peut accroître les risques de flexion, de torsion, de traction et d'interférence lors de mouvements articulaires continus.

Un réducteur harmonique miniature à arbre creux offre un passage central pouvant être utilisé pour le passage interne des câbles et des tubes, selon la configuration spécifique.

Pour un bras robotisé de bureau à 6 axes, cela simplifie l'agencement mécanique et permet d'obtenir une structure articulaire plus épurée. Le câblage interne réduit également la quantité de câbles apparents à l'extérieur du bras, offrant ainsi aux fabricants une plus grande liberté dans la conception de liaisons et de boîtiers d'articulations compacts.

Intégration coaxiale avec moteurs de couple sans cadre

La configuration coaxiale d'entrée et de sortie de la transmission harmonique est bien adaptée aux architectures articulaires robotiques.

Lorsqu'un mini réducteur harmonique est associé à un moteur de couple sans cadre, les composants du moteur peuvent être intégrés directement dans le boîtier de l'articulation du robot plutôt que de recourir à un boîtier de moteur conventionnel.

L'assemblage ainsi obtenu peut intégrer le moteur, le réducteur, l'encodeur, le frein, les roulements et le boîtier dans un seul ensemble compact.

Cette approche est particulièrement utile pour les fabricants qui développent leur propre petit bras robotisé, car l'articulation peut être conçue en fonction de l'espace mécanique disponible plutôt que d'être contrainte par les dimensions externes d'un servomoteur standard.

Mini réducteurs harmoniques pour petits bras robotisés à 6 axes

Un petit bras robotisé à 6 axes est l'une des applications les plus adaptées à un réducteur de précision compact, car chaque axe nécessite un mouvement de rotation contrôlé tandis que l'ensemble de la structure mécanique doit rester léger.

La configuration à six axes permet au robot de contrôler à la fois la position et l'orientation de son effecteur. Cela le rend adapté aux tâches où l'outil doit approcher une pièce à usiner depuis différentes directions.

Cependant, les performances du robot complet dépendent du comportement combiné de ses six articulations.

Un faible jeu contribue à la constance du positionnement. Une densité de couple élevée permet de maîtriser le poids de l'articulation. Un rapport de réduction élevé assure la multiplication du couple nécessaire à l'articulation. Une structure creuse simplifie le passage des câbles.

C’est pourquoi les mini-réducteurs harmoniques peuvent jouer un rôle important dans l’architecture mécanique des robots compacts à six axes.

Mini réducteurs harmoniques pour bras robotisés de bureau

Les exigences relatives à un bras robotisé de bureau sont légèrement différentes de celles d'un grand robot industriel.

Un bras robotisé de bureau doit pouvoir être installé sur un établi, fonctionner dans un espace de travail limité et rester suffisamment léger pour être facilement installé ou repositionné.

Cela rend la conception compacte des joints particulièrement importante.

Un mini réducteur harmonique peut aider les fabricants à créer des joints rotatifs plus petits sans sacrifier le rapport de réduction et la précision nécessaires au mouvement robotique contrôlé.

Cette technologie est donc pertinente pour les systèmes d'automatisation de bureau, les bras robotisés éducatifs, les robots de laboratoire, les plateformes de recherche et les équipements de fabrication compacts.

Pour ces applications, la combinaison de dimensions compactes, d'un faible jeu, d'une densité de couple élevée et d'un acheminement interne des câbles peut être plus importante qu'une vitesse de sortie continue extrêmement élevée.

Mini réducteurs d'harmoniques en automatisation électronique 3C

L'industrie de l'électronique 3C est un domaine d'application important pour les petits bras robotisés et les robots de bureau à 6 axes.

La fabrication de produits électroniques implique souvent des composants de petite taille, des espaces de travail réduits, des changements de produits fréquents et des opérations d'assemblage précises. Un robot à six axes offre la flexibilité nécessaire pour positionner les outils et les composants sous différents angles.

Vissage de circuits imprimés

Un petit robot à six axes peut transporter un tournevis et le déplacer entre différentes positions de fixation sur un circuit imprimé ou un assemblage électronique. Le faible jeu et la répétabilité des mouvements articulaires contribuent à maintenir un positionnement constant de l'outil lors d'opérations répétées.

Distribution de PCB

Les applications de dosage nécessitent que l'outil suive des trajectoires contrôlées autour des composants électroniques. La précision et la régularité de la trajectoire de dosage dépendent de la performance de positionnement de chaque articulation du robot.

Soudure

Un bras robotisé compact à six axes permet de positionner un outil de soudage autour d'un circuit imprimé et d'approcher les composants sous différents angles. Cette flexibilité est particulièrement utile lorsque la pièce à usiner comporte des composants situés à différents endroits et orientés de manière aléatoire.

Manutention et assemblage des composants

Les petits bras robotisés peuvent effectuer des opérations de prélèvement et de placement ainsi que d'assemblage dans des postes de travail compacts. Leur structure légère et leurs articulations de petite taille les rendent adaptés aux systèmes d'automatisation où l'espace d'installation est limité.

Inspection visuelle

Un bras robotisé de bureau peut être équipé d'une caméra ou d'un capteur d'inspection et se déplacer autour d'un produit pour prendre des images sous différents angles et positions. Son mouvement sur six axes offre une plus grande flexibilité d'inspection que les systèmes de positionnement linéaire simples.

Limitations des mini réducteurs d'harmoniques

Un mini-réducteur harmonique n'est pas conçu pour être la meilleure solution de transmission dans toutes les applications. Ses avantages sont particulièrement appréciables lorsqu'une articulation de robot exige compacité, précision, réduction élevée et forte densité de couple.

Les chocs nécessitent une attention particulière.

La transmission harmonique utilise un élément de transmission flexible dans son principe de fonctionnement. Ceci permet une structure compacte et un rapport de réduction élevé, mais les charges d'impact importantes et les collisions incontrôlées répétées doivent être soigneusement prises en compte lors de la conception du robot.

Pour un petit robot collaboratif ou un bras robotisé de bureau, le réducteur doit être sélectionné en fonction du couple nominal attendu, du couple de pointe, de la charge externe, de l'accélération et des conditions de collision.

Non conçu principalement pour une sortie à haute vitesse continue

Un mini réducteur harmonique est principalement conçu pour fournir une réduction élevée et un mouvement de sortie précis plutôt qu'une rotation de sortie continue à grande vitesse.

Cela le rend parfaitement adapté aux articulations robotiques, où le moteur fonctionne généralement à une vitesse plus élevée tandis que l'articulation nécessite un mouvement contrôlé à plus faible vitesse avec un couple de sortie plus élevé.

Les applications nécessitant une rotation de sortie continue à grande vitesse peuvent nécessiter une architecture de transmission différente.

Le choix de la bonne taille reste essentiel

La taille compacte d'un mini réducteur harmonique ne signifie pas que les exigences de charge peuvent être négligées.

Les fabricants de robots doivent évaluer le couple nominal, le couple de pointe, la vitesse de sortie, l'inertie de la charge, l'accélération, le cycle de service, les charges de moment externes et l'environnement d'exploitation lors du choix du réducteur.

Pour un robot à six axes, le réducteur doit également être évalué en fonction de la position de l'articulation au sein de la structure du robot, car les articulations de l'épaule, du coude et du poignet peuvent subir des charges très différentes.

Réducteur harmonique miniature vs réducteur planétaire pour petits bras de robots

Les mini-réducteurs harmoniques et les réducteurs planétaires peuvent tous deux être utilisés dans les systèmes de mouvement robotisés, mais leurs caractéristiques mécaniques sont différentes.

Pour les petits bras robotisés et les robots de bureau à 6 axes, un mini réducteur harmonique est particulièrement intéressant lorsque la conception privilégie des dimensions articulaires compactes, des rapports de réduction élevés, un faible jeu et une densité de couple élevée.

Un réducteur planétaire peut s'avérer avantageux lorsque l'application met davantage l'accent sur le fonctionnement à grande vitesse, l'efficacité ou des caractéristiques de charge spécifiques.

Le choix doit donc se fonder sur les besoins réels du robot plutôt que de supposer qu'un type de transmission est universellement meilleur.

Pour une articulation robotique compacte à six axes exigeant un rapport de réduction élevé et un jeu minimal dans un espace d'installation restreint, un mini-réducteur harmonique est une solution idéale. Pour les applications nécessitant une vitesse de sortie élevée et continue ou des caractéristiques de transmission différentes, un réducteur planétaire sera plus approprié.

Quand faut-il choisir un mini réducteur harmonique pour un petit bras robotisé ?

Un mini réducteur harmonique est à envisager lorsque l'articulation du robot doit allier un encombrement mécanique réduit à un mouvement précis et à un couple de sortie élevé.

Cela est particulièrement pertinent lors du développement d'un petit bras robotique à 6 axes, d'un bras robotique de bureau ou d'un bras robotique collaboratif léger, où le diamètre des articulations et le poids influencent directement la conception globale du robot.

Il constitue également un candidat de choix lorsque le robot nécessite un faible jeu pour un positionnement répétable, un rapport de réduction élevé dans un format compact ou une structure creuse pour le passage interne des câbles.

Pour les fabricants développant une articulation robotique intégrée avec un moteur de couple sans cadre, un encodeur et un frein, le mini réducteur harmonique peut également servir de composant central de transmission de précision.

Conclusion

Le développement des petits bras robotisés, des bras robotisés de bureau et des petits bras robotisés à 6 axes modifie les exigences en matière de transmission des articulations robotiques. Un bras robotisé compact nécessite un couple de sortie plus important que suffisant. Ses articulations doivent optimiser la taille, le poids, la précision, le rapport de réduction, le cheminement des câbles et l'intégration mécanique.

Un mini réducteur harmonique répond à ces exigences grâce à une structure de transmission compacte, un rapport de réduction élevé, un faible jeu, une densité de couple élevée, une configuration coaxiale et des options d'arbre creux dans les modèles appropriés.

Pour les petits robots à six axes, ces caractéristiques peuvent aider les fabricants à développer des articulations compactes et légères sans sacrifier la précision requise pour des applications telles que l'assemblage électronique 3C, le vissage de circuits imprimés, la distribution, le soudage, la manipulation de composants et l'inspection visuelle.

Cette technologie présente toutefois des limites. Les chocs importants, les exigences de débit élevé et continu et les charges externes importantes nécessitent une évaluation technique rigoureuse et un dimensionnement approprié. Le choix d'un mini-réducteur harmonique doit donc se faire en fonction des conditions de fonctionnement complètes du robot et non pas uniquement de ses dimensions physiques.

Pour les fabricants cherchant à construire des articulations robotiques compactes pour les petits bras robotiques à 6 axes et les bras robotiques de bureau, la combinaison d'une taille compacte, d'un faible jeu, d'une densité de couple élevée et d'un acheminement interne des câbles fait du Mini Réducteur Harmonique une solution de transmission de précision pratique.