Cómo funciona: El reductor Harmonic Drive, preciso, de alto par, con movimiento oscilante

El reductor Harmonic Drive

Harmonic Drive es un componente fundamental en innumerables aplicaciones robóticas. Aunque sencillo e intrigante de ver en acción, este sistema de engranajes combina una precisión excepcional con una impresionante relación par-peso, incluso con su característico movimiento de bamboleo. Pero, ¿cómo funciona exactamente?

Este mecanismo aparentemente inusual funciona de forma ingeniosa: su configuración de elipse flexible dentro de un círculo crea un movimiento oscilante al girar, engranando aproximadamente un tercio de los dientes de sus dos engranajes principales en cada momento. El resultado es un engranaje compacto y ligero capaz de proporcionar un par elevado con una precisión extrema y sin holgura ni juego entre los dientes.

Orígenes y componentes de Harmonic Drive

El Harmonic Drive fue creado en 1957 por C. Walton Musser, un inventor de Pensilvania con patentes en diversos campos, incluyendo sistemas de dirección asistida, rifles sin retroceso e infladores de chalecos salvavidas, así como varias ideas clave para asientos eyectables de aviones a reacción. Se comercializó por primera vez a principios de la década de 1960 y consta de tres componentes principales:

Generador de ondas: Un cubo de entrada ligeramente elíptico con una pista de rodamiento de bolas alrededor de su borde exterior.
Flexspline: Componente flexible en forma de copa con dientes a lo largo del perímetro exterior. Se deforma radialmente pero conserva la rigidez torsional cuando se inserta el generador de ondas ovalado.
Spline circular: Un anillo completamente rígido con dientes internos, similar a una corona dentada planetaria, con dos dientes más que el flexspline.
Cuando el generador de ondas gira, aproximadamente el 30% de los dientes del flexspline entran en contacto con los dientes del spline circular, creando un patrón de ondas que avanzan. Este movimiento hace que la flexspline gire dentro de la estría circular, pero en la dirección opuesta a la del generador de ondas.

La ventaja de la ausencia de juego
La principal ventaja de este sistema es la ausencia de holgura entre los engranajes, lo que permite un control preciso y fino del motor. Su diseño compacto y ligero lo hace ideal para aplicaciones con espacio limitado. Además, con pocas piezas móviles, Harmonic Drive es extremadamente fiable y duradero.

En la actualidad, Harmonic Drive se utiliza ampliamente en muchos campos, incluso más allá de la Tierra. Los robots industriales de empresas como Fanuc y Universal Robots utilizan estos reductores para tareas como soldadura y ensamblaje, en las que son esenciales movimientos precisos y repetibles.

El robot quirúrgico da Vinci, diseñado para procedimientos mínimamente invasivos, utiliza Harmonic Drives en sus brazos, lo que permite movimientos microdelicados y sin holguras, cruciales para la precisión quirúrgica.

Robots como Atlas y Spot, de Boston Dynamics, utilizan Harmonic Drive en sus brazos y piernas para realizar movimientos controlados y suaves sin perder fuerza ni estabilidad.

Incluso los vehículos exploradores de Marte, como Curiosity y Perseverance, utilizan Harmonic Drive en sus brazos y ruedas. La presencia de estos engranajes en misiones interplanetarias, donde el mantenimiento es imposible, demuestra la fiabilidad y durabilidad del diseño.

Aunque Musser no vivió para ver su invento llegar a Marte, sí fue testigo de su utilización en el espacio. El Harmonic Drive era un componente estándar del Sistema de Manipulación Remota, también conocido como «Canadarm», utilizado en transbordadores espaciales como el Columbia y el Challenger para manipular y desplegar cargas útiles.

Casi 70 años después de su invención, este extraordinario mecanismo, con su distintivo pero intencionado bamboleo, sigue encontrándose en una gran variedad de campos. Desde la precisión quirúrgica hasta la exploración de planetas lejanos, Harmonic Drive destaca por su sencillez, fiabilidad y precisión.

Read the original article on: New Atlas

Read more: The Crop-Spraying Robot Reduces Emissions and Herbicide Use