A engrenagem Harmonic Drive instável, mas precisa de alto torque

O Harmonic Drive é uma parte basic de inúmeras aplicações robóticas. Incrivelmente simples, mas bastante estranho de observar, este sistema de engrenagens é extremamente preciso, com uma impressionante relação torque-peso, mesmo que oscile. Então, como isso funciona?

A aparentemente bizarra engrenagem Harmonic Drive é na verdade bastante genial em como funciona – sua configuração de elipse flexível dentro de um círculo cria um movimento oscilante à medida que gira e coloca apenas cerca de um terço dos dentes de suas duas engrenagens principais em contato com entre si em qualquer ponto – mas o resultado é uma pequena engrenagem de transmissão notavelmente compacta e leve, capaz de fornecer excelente torque com precisão absoluta e zero folga ou folga de transmissão.

Foi concebido pela primeira vez em 1957 pela Pensilvânia C. Walton Musserum inventor maravilhosamente criativo com patentes sobre tudo, desde sistemas de direção hidráulica, rifles sem recuo e insufladores pneumáticos de coletes salva-vidas, até muitas ideias-chave que sustentam os assentos ejetáveis ​​de aviões a jato. O Harmonic Drive foi comercializado pela primeira vez no início dos anos 1960. É composto por três componentes principais:

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• O gerador de ondas: Um hub de entrada ligeiramente elíptico com um rolamento de esferas em torno de sua borda externa.
• O flexspline: Um componente flexível em forma de copo com dentes em seu perímetro externo. Ele se deforma radialmente, mas mantém a rigidez torcional quando o gerador de onda oblonga é inserido.
• O spline round: Um anel totalmente rígido com dentes internos, semelhante a uma coroa planetária, e com dois dentes a mais que o flexspline.

Quando o gerador de ondas gira, cerca de 30% dos dentes do flexspline em cada extremidade fazem contato com os dentes do spline round a qualquer momento, formando um padrão de onda progressivo. Isso faz com que o flexspline gire dentro do spline round, mas na direção oposta da entrada. Confira:

Parte da genialidade deste sistema é a sua folga zero – não há folga entre as engrenagens, tornando-o splendid para um controle preciso e preciso do motor. Seu design compacto e leve também é perfeito para aplicações com espaço limitado. E com poucas peças móveis, o Harmonic Drive é altamente confiável e durável.

Hoje, os Harmonic Drives estão em todos os lugares e desligado planeta. Robôs industriais como os da Fanuc e da Common Robots os utilizam para tarefas como soldagem e montagem, onde o movimento preciso e repetível é basic.

O robô cirúrgico da Vinciprojetado para procedimentos minimamente invasivos, conta com Harmonic Drives em seus braços, proporcionando micromovimentos delicados com folga zero para máxima precisão ao realizar operações minimamente invasivas em pessoas.

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Atlas da Boston Dynamics humanóide e Ver Os robôs quadrúpedes os utilizam nos braços e nas pernas, entre outros lugares, para obter movimentos suaves e controlados e, ao mesmo tempo, serem fortes.

Até mesmo os rovers de Marte da NASA, Curiosidade e Perseverançaapresentam Harmonic Drives em seus braços e rodas robóticos. Enviar rovers para outro planeta sem esperança de paradas para manutenção ou reparo é uma prova da confiabilidade e durabilidade deste projeto.

Embora Musser nunca tenha vivido para ver sua invenção chegar a Marte, ele pelo menos a testemunhou ir para o espaço. O Harmonic Drive period um componente comum no Sistema Manipulador Remoto padrão do Ônibus Espacial – também conhecido como “Canadarm” – usado em ônibus espaciais como Columbia e Challenger para manusear cargas úteis e implantar carga.

Quase 70 anos após a sua criação, esta invenção notável, com a sua “oscilação” distinta mas proposital, continua a ser encontrada em diversos campos. Desde movimentos cirúrgicos precisos até à exploração de planetas distantes, a genialidade do Harmonic Drive reside na sua simplicidade, fiabilidade e precisão.

Fonte: Unidade Harmônica