Гармонический редуктор (волновой редуктор, harmonic drive) — это компактный редуктор высокой точности, применяемый прежде всего в суставах роботов. Его главные достоинства — очень большое передаточное число в тонком лёгком корпусе и практически нулевой люфт. Именно поэтому гармонический редуктор стал фактическим стандартом для сочленений промышленных и коллаборативных манипуляторов, где нужны точность и повторяемость.

Устроен он принципиально иначе, чем обычные зубчатые редукторы. В основе — три элемента: жёсткое внешнее кольцо с внутренними зубьями, гибкий тонкостенный стакан с внешними зубьями (флексплайн) и овальный волновой генератор внутри. Генератор деформирует гибкий элемент в овал, и его зубья входят в зацепление с жёстким кольцом лишь в двух зонах. Поскольку у гибкого элемента зубьев чуть меньше, за один оборот генератора он проворачивается лишь на разницу в число зубьев — отсюда и огромное понижение скорости за одну ступень.

Что даёт такая конструкция роботу:

  • Большое передаточное число (нередко в десятки и сотни раз) в одной компактной ступени.
  • Практически отсутствие люфта — зубья постоянно находятся в зацеплении сразу во многих точках, что критично для точности позиционирования сустава.
  • Малые габариты и вес при высокой передаваемой нагрузке — важно, ведь редуктор встраивают прямо в сустав движущейся «руки».
  • Соосность входного и выходного валов.

Есть и особенности: гармонические редукторы сложнее и дороже в производстве, а гибкий элемент испытывает циклические деформации, что предъявляет требования к материалам и ресурсу.

По сравнению с планетарным редуктором гармонический выигрывает в точности и компактности при большом передаточном числе, поэтому его ставят в прецизионные суставы роботов; планетарный же проще и дешевле и применяется там, где сверхвысокая точность не требуется (приводы колёс, менее ответственные оси). Именно гармонические редукторы во многом обеспечивают ту точность движений, которой славятся современные промышленные манипуляторы.

Источники:

  1. Волновые (гармонические) редукторы Harmonic Drive // Компоненты и технологии. URL:https://kit-e.ru/harmonic-drive/
  2. Волновые редукторы для прецизионных приводов // Электроника: наука, технология, бизнес. URL:https://www.electronics.ru/files/article_pdf/7/article_7122_525.pdf