Réducteur Harmonic Drive : Précis et à Couple Élevé

Le réducteur Harmonic Drive

Le réducteur Harmonic Drive est un élément fondamental dans d’innombrables applications robotiques. Bien qu’il soit simple et fascinant à observer en action, ce système d’engrenages combine une précision exceptionnelle avec un rapport couple/poids impressionnant, même avec son mouvement oscillant caractéristique. Mais comment fonctionne-t-il exactement ?

Ce mécanisme apparemment inhabituel fonctionne de manière ingénieuse : sa configuration d’ellipse flexible à l’intérieur d’un cercle crée un mouvement oscillant lors de sa rotation, engageant environ un tiers des dents de ses deux engrenages principaux à tout moment. Le résultat est un réducteur compact et léger capable de fournir un couple élevé avec une précision extrême et aucun jeu ou backlash entre les dents.

Origines et Composants du Réducteur Harmonic Drive

Le réducteur Harmonic Drive a été créé en 1957 par C. Walton Musser, un inventeur de Pennsylvanie ayant des brevets dans divers domaines, y compris les systèmes de direction assistée, les fusils sans recul, et les gonfleurs de gilets de sauvetage, ainsi que diverses idées clés pour les sièges éjectables d’avions à réaction. Il a été commercialisé pour la première fois au début des années 1960 et se compose de trois composants principaux :

. Générateur d’ondes : Un moyeu d’entrée légèrement elliptique avec une piste de roulement à billes autour de son bord extérieur.
. Flexspline : Un composant flexible en forme de tasse avec des dents le long du périmètre extérieur. Il se déforme radialement tout en conservant une rigidité en torsion lorsque le générateur d’ondes ovale est inséré.
. Spline circulaire : Un anneau complètement rigide avec des dents internes, similaire à un pignon planétaire, avec deux dents de plus que le flexspline.

Lorsque le générateur d’ondes tourne, environ 30 % des dents du flexspline entrent en contact avec les dents du spline circulaire, créant un motif d’onde avancé. Ce mouvement entraîne la rotation du flexspline à l’intérieur du spline circulaire, mais dans la direction opposée au générateur d’ondes.

L’Avantage de l’Absence de Jeu

Le principal avantage de ce système est l’absence de jeu entre les engrenages, permettant un contrôle moteur précis et fin. Son design compact et léger le rend idéal pour des applications dans des espaces réduits. De plus, avec peu de pièces mobiles, le réducteur Harmonic Drive est extrêmement fiable et durable.

Aujourd’hui, le réducteur Harmonic Drive est largement utilisé dans de nombreux domaines, même au-delà de la Terre. Les robots industriels de sociétés comme Fanuc et Universal Robots utilisent ces engrenages pour des tâches telles que le soudage et l’assemblage, où des mouvements précis et répétables sont essentiels.

Le robot chirurgical da Vinci, conçu pour des procédures peu invasives, utilise des réducteurs Harmonic Drive dans ses bras, permettant des mouvements micro-délicates et sans jeu, cruciaux pour la précision chirurgicale.

Des robots comme Atlas et Spot de Boston Dynamics utilisent le réducteur Harmonic Drive dans leurs bras et leurs jambes pour des mouvements contrôlés et fluides tout en maintenant force et stabilité.

Même les rovers martiens comme Curiosity et Perseverance s’appuient sur le réducteur Harmonic Drive dans leurs bras et roues. La présence de ces engrenages dans des missions interplanétaires, où l’entretien est impossible, prouve la fiabilité et la durabilité du design.

Bien que Musser ne soit pas parvenu à voir son invention atteindre Mars, il a été témoin de son utilisation dans l’espace. Le réducteur Harmonic Drive était un composant standard du Système de Manipulation à Distance, également connu sous le nom de « Canadarm », utilisé sur des navettes spatiales comme Columbia et Challenger pour manipuler et déployer des charges utiles.

Près de 70 ans après son invention, ce mécanisme remarquable, avec son oscillation distincte mais intentionnelle, continue d’être présent dans une grande variété de domaines. De la précision chirurgicale à l’exploration de planètes lointaines, le réducteur Harmonic Drive se distingue par sa simplicité, sa fiabilité et sa précision.

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Lisez l’article original sur :  New Atlas

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