Choisir le lecteur imprimé en 3D idéal pour votre prochain projet de robotique

Dans cette comparaison, nous découvrirons ce qui est le mieux :un entraînement cycloïdal imprimé en 3D, un réducteur planétaire ou un entraînement par courroie. Nous les comparerons en plusieurs catégories, mesurerons leur efficacité ou leur couple de sortie, mesurerons leur précision ou leur jeu et verrons leur durabilité. Nous les comparerons également en termes de coût, de taille, de poids et de facilité de fabrication. 

Vous pouvez regarder la vidéo suivante ou lire le didacticiel écrit ci-dessous.

Vue d'ensemble

Pourquoi cette comparaison ? Eh bien, l’objectif principal sera de comprendre quel entraînement ou quel réducteur de vitesse serait le meilleur choix pour une articulation de robot. Au cours de la période suivante, je concevrai et fabriquerai des bras robotiques. Ainsi, grâce aux résultats de cette comparaison, moi et finalement vous serez en mesure de choisir quel entraînement ou quel réducteur de vitesse fonctionnerait le mieux pour la conception de votre bras robotique. 

J'ai déjà des vidéos dédiées sur ma chaîne expliquant en détail ce que sont et comment fonctionnent un entraînement cycloïdal et un réducteur planétaire, ainsi que comment les concevoir, je vous suggère donc de regarder ces vidéos pour plus de détails. 

Ici, dans cet article comparatif, nous examinerons simplement les paramètres d'entrée clés qui définissent la conception des pilotes. 

Conception

Entraînement cycloïdal

Je vais commencer par l'entraînement cycloïdal. Lors de la conception d'un entraînement cycloïdal, les principaux paramètres d'entrée sont bien sûr le rapport de réduction que nous souhaitons atteindre, et le type ou la taille des rouleaux que nous utiliserons.

Pour cette construction, comme rouleaux, j'ai décidé d'utiliser des bagues d'un diamètre intérieur de 6 mm et d'un diamètre extérieur de 10 mm.

Ces bagues sont beaucoup plus lisses que les bagues que j'ai utilisées dans mes versions précédentes, avec un diamètre extérieur de 8 mm, je voulais donc voir si je pouvais obtenir de meilleures performances de l'entraînement cycloïdal avec elles. Cependant, ces bagues de 10 mm ont un prix, car la taille des rouleaux définit directement la taille des disques cycloïdaux et de l'ensemble de l'entraînement. 

Je vais maintenant vous montrer comment j'ai facilement conçu l'entraînement cycloïdal en utilisant Onshape, qui est également le sponsor de cette vidéo. Onshape est un système de CAO et PDM de qualité professionnelle, et ils offrent désormais jusqu'à 6 mois gratuits de la version professionnelle aux ingénieurs et à leurs entreprises.

Il est assez simple de générer le disque cycloïdal à l'aide de la bibliothèque Cycloidal Drive FeatureScripts personnalisée dans Onshape.

Il suffit de saisir nos paramètres. Le numéro de dent du disque, l'excentricité et les diamètres des rouleaux ou des broches, à la fois des broches extérieures ou des rouleaux de couronne dentée et des broches intérieures ou des rouleaux de l'arbre de sortie. Au fur et à mesure que nous saisissons ces valeurs, le modèle 3D est mis à jour ainsi que les autres paramètres que nous devons suivre et corriger plus tard si nécessaire. Le diamètre du cercle est la dimension globale du disque, et l'objectif est d'être aussi petit que possible en fonction de nos paramètres d'entrée fixes, du nombre de broches et de leurs dimensions. 

Le disque cycloïdal est la partie la plus importante du lecteur, et le reste des pièces est conçu autour de lui.

Bien sûr, il existe de nombreux autres paramètres d'entrée qui contribuent à la conception globale de l'entraînement, tels que le type de moteur, la manière dont nous souhaitons entraîner l'arbre d'entrée, le type de roulements dont nous disposons pour travailler, l'application de la boîte de vitesses elle-même, etc.

Réducteur planétaire

Jetons maintenant un coup d'œil au réducteur planétaire. Il s'agit en fait du même design que celui de ma vidéo précédente dans laquelle j'explique en détail comment concevoir un réducteur planétaire. Il s'agit d'une boîte de vitesses planétaire à deux étages, avec une réduction de 4 : 1 sur chaque étage, pour un rapport total de 16 : 1.

Pour de meilleures performances, au lieu de bagues, j'utilise ici des roulements à billes pour les engrenages planétaires. Chaque engrenage planétaire accueille deux roulements à billes afin que nous puissions facilement verrouiller l'engrenage en place et accepter les forces axiales qui se produisent puisque les engrenages sont hélicoïdaux.

Entraînement par courroie

Jetons ensuite un coup d’œil à la transmission par courroie. Ici, nous voulons également le même rapport de réduction de 16:1 et nous pouvons facilement le réaliser en deux étapes avec un rapport de 4:1.

J'ai choisi d'utiliser une courroie GT2 car c'est la courroie la plus populaire et la plus disponible et elle offre d'excellentes performances en termes de jeu. Presque toutes les imprimantes 3D utilisent ce type de courroies. J'ai reçu deux ceintures GT2 à boucle fermée de 226 mm et 10 mm de largeur.

Maintenant, pour que ces courroies fonctionnent, nous avons besoin de poulies GT2 adaptées. Encore une fois, en utilisant une bibliothèque FeatureScript personnalisée dans Onshape, nous pouvons facilement générer les poulies GT2.

Ici, il suffit de sélectionner le type de courroie GT2, qu'elle soit 3M ou 2M, ou au pas de 3 ou 2 mm, et de saisir le nombre de dents que comportera la poulie. 

J'ai réglé les poulies d'entrée pour qu'elles aient 20 dents et les poulies de sortie 80 dents. La poulie de sortie du premier étage à 80 dents est la poulie d'entrée à 20 dents du deuxième étage et elle repose sur deux roulements à billes.

L'arbre est un arbre imprimé en 3D de 6 mm avec un boulon M4 qui le traverse pour le rendre plus solide. La poulie de sortie du deuxième étage est supportée par deux roulements à billes, l'un sur l'arbre d'entrée du moteur et l'autre sur le boîtier.

Modèles 3D

Visualisez et explorez les modèles 3D :

Entraînement cycloïdal :https://bit.ly/3RsTa6g

Entraînement par courroie :https://bit.ly/3DZGIb7

Réducteur planétaire :https://bit.ly/3XGtTsZ

Cette section est encore en construction. Les fichiers STL seront bientôt disponibles.

Impression 3D

J'ai utilisé l'imprimante 3D Creality K2 Plus pour imprimer toutes les pièces. Lors de l'impression 3D, il est essentiel d'utiliser la fonction d'expansion horizontale, ou maintenant dans le nouveau slicer Creality Print, cela s'appelle compensation de contour X-Y et compensation de trou X-Y.

Si nous laissons ces paramètres par défaut, les dimensions des impressions ne seront probablement pas exactement les mêmes que dans le modèle CAO et cela est dû à l'expansion du filament lors de l'impression 3D. Les trous sont généralement plus petits et les contours plus grands.

Maintenant, quelles valeurs utiliser pour ces deux paramètres est la question clé car elles affectent directement la précision ou les performances des disques que nous fabriquons. En fait, j'ai utilisé des valeurs différentes pour chaque pièce, en fonction de son objectif.

Par exemple, lors de l'impression 3D des disques cycloïdaux, j'ai utilisé des valeurs de 0,12 mm pour la compensation des trous X-Y et de –0,15 mm pour le contour. De cette façon, j'ai obtenu les trous pour l'endroit où vont les rouleaux de sortie à la bonne dimension, ainsi que le contour du disque qui devait être plus petit pour pouvoir s'adapter aux rouleaux de la couronne dentée.

J'ai fait une liste de toutes les valeurs que j'ai utilisées pour chaque partie. Liste des valeurs d'expansion horizontale ou de compensation X-Y :

Partie Compensation des contours Compensation des trous Entraînement cycloïdal Disque cycloïdal-0,15 mm
-0,20 mm pour un ajustement plus lâche0,10 mm
0,15 mm pour un ajustement plus lâcheRoulement excentrique0,07 mm0,03Coupleur d'arbre0,07 mm0 mmBoîte de vitesses planétaire Couronne / boîtier0mm
-0,10 mm pour un ajustement plus lâche0,05 mmEngrenages planétaires0 mm
-0,05 mm pour un ajustement plus lâche0,05 mmSupport / sortie0,07 mm – afin de mieux s'adapter au roulement de sortie0,05 mmEntraînement par courroie Poulies GT2-0.05mm0.05mm

Vous pouvez essayer ces valeurs lorsque vous imprimez en 3D, mais vous pourriez avoir besoin de valeurs différentes en fonction de votre imprimante 3D. Vous ne pouvez obtenir ces valeurs correctes qu'en effectuant des tests d'impression avec des valeurs différentes. Vous verrez plus tard dans les tests comparatifs comment l'ajustement de ces valeurs affecte les performances des variateurs.

Au fait, merci à Creality de m'avoir fourni cette excellente imprimante 3D. La Creality K2 Plus est en fait l’une des meilleures imprimantes 3D que j’ai jamais utilisées. Consultez mon examen détaillé du Creality K2 Plus. Consultez-le également sur : Magasin Creality USA ; Boutique Creality UE ; Amazone.

Assemblage des disques

Très bien, voici donc toutes les pièces imprimées en 3D et autres composants nécessaires à l'assemblage des trois réducteurs de vitesse.

Comme nous pouvons le constater, l'entraînement par courroie comporte le moins de pièces, tandis que pour l'entraînement cycloïdal, nous avons besoin de beaucoup plus de composants comme les axes et les bagues. Le réducteur planétaire se situe d’ailleurs quelque part au milieu.

BOM

Voici une liste complète de tous les composants nécessaires à ces entraînements, tels que les bagues, les courroies, les roulements, les boulons et les écrous.

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M3x10mm4
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M3x8mm
M3x16mm fraisé
M3x25mm fraisé4
4
2
2Amazon  | AliExpress Autre Vis sans tête M3Amazon  | AliExpress Écrous M3 / M4Amazon  | AliExpress

Je vais maintenant vous guider rapidement à travers le processus d'assemblage de ces disques.

Ensemble d'entraînement par courroie

Pour assembler la transmission par courroie, nous devons d'abord insérer la poulie de sortie finale en place à travers le roulement à billes au niveau du boîtier.

Ensuite, nous devons installer le roulement à billes à l’intérieur de la poulie de sortie, là où ira la première poulie d’entrée. Cette poulie d'entrée doit d'abord être fixée au moteur pas à pas, et à cet effet j'ai fait deux fentes pour insérer des écrous M3, puis à l'aide de vis sans tête M3, nous pouvons fixer fermement la poulie en place.

La poulie doit rester 2 mm au-dessus du moteur pas à pas. 

Avant d'insérer le stepper, nous devons insérer les deux ceintures.

Ensuite, nous pouvons fixer le stepper au boîtier à l'aide de boulons M3. Comme je voulais que le lecteur soit aussi compact que possible, la fixation de ces boulons n'était possible qu'avec des pinces étroites.

Ce n’est pas pratique du tout, mais l’objectif était aussi d’être aussi robuste que possible pour en tirer les meilleures performances. 

Ensuite, nous pouvons insérer la poulie intermédiaire et enrouler les deux courroies autour d'elle. Cette poulie pourra accueillir deux roulements à billes avec une petite bague d'écartement entre eux.

Ensuite, nous pouvons insérer l'arbre pour la poulie. Il s'agit d'un arbre creux de 6 mm imprimé en 3D qui sera renforcé par un boulon M4.

Ici, par exemple, nous pouvons utiliser simplement un boulon M6 à la place, mais de cette façon, nous n'aurions pas une connexion aussi serrée car le diamètre extérieur des boulons M6 est d'environ 5,8 mm, et avec l'arbre imprimé en 3D, nous pouvons le faire exactement 6 mm ou 5,95 mm pour passer parfaitement à travers les roulements.  

Sur le côté inférieur, nous devons insérer une bague d'écartement sur laquelle reposera le roulement à billes.

Ensuite, nous pouvons étirer les courroies et insérer l'arbre tout au long des roulements et de l'autre côté du boîtier. Ensuite, nous pouvons insérer le boulon M4 à travers et fixer le tout en place avec un écrou M4. Et voilà, la transmission par courroie est terminée, ça marche.

Les courroies sont assez tendues mais pour un meilleur contrôle et des performances nous devrions leur ajouter des tendeurs. J'ai fabriqué les tendeurs de courroie à l'aide d'un roulement à billes de 13 mm de diamètre extérieur, fixé sur un petit support avec quelques boulons et écrous M3.

On peut pousser ce support contre la courroie pour la tendre puis serrer le boulon. C’est un mécanisme assez simple qui fonctionne parfaitement. 

Enfin, nous pouvons fixer le couvercle de l'entraînement avec des boulons et écrous M3, et ajouter des inserts filetés à l'arbre de sortie pour y attacher des éléments.

Ça y est, l'entraînement par courroie est terminé et à première vue, lorsque vous essayez de déplacer l'arbre de sortie à la main, vous avez l'impression qu'il n'y a aucun jeu.

Entraînement cycloïdal

Jetons maintenant un coup d'œil à la construction de l'entraînement cycloïdal. Comme je l'ai mentionné, j'ai déjà des vidéos détaillées sur la façon de construire un entraînement cycloïdal et un réducteur planétaire, je vais donc ici juste dire quelques mots à leur sujet. 

Lors de l'assemblage du lecteur cycloïdal, je suis tombé sur un problème :je ne pouvais pas insérer le deuxième disque en place, même si j'avais suivi toutes les règles, je l'avais placé déphasé de 180 degrés et j'avais vérifié toutes les dimensions.

Puis j'ai réalisé que le problème était le rapport de réduction. Un entraînement cycloïdal doit avoir un nombre impair pour le rapport afin de fonctionner correctement. Dans mes vidéos précédentes, j'ai déjà réalisé trois modèles différents d'entraînements cycloïdaux, mais leur rapport de réduction était un nombre impair par hasard, j'ai donc manqué le fait que pour créer un entraînement cycloïdal qui fonctionnera correctement avec deux disques cycloïdaux, vous devez avoir un nombre impair de dents ou de lobes sur les disques.

Vous pouvez consulter les articles de conceptions précédents ci-dessous.

• Qu'est-ce que le pilote cycloïdal ? Conception, impression 3D et tests
• Entraînement cycloïdal usiné CNC ou imprimé en 3D – Conception et tests
• Entraînement harmonique ou cycloïdal – Test de couple, de jeu et d'usure

Ayant un nombre impair de rapport de réduction, j'ai dû changer le nombre de dents à 15 et le nombre de rouleaux de couronne à 16 et réimprimer le boîtier et les disques.

J'ai maintenant pu installer correctement les deux disques cycloïdaux et terminer l'ensemble de l'assemblage.

Test de jeu

Très bien, j'ai donc les trois disques prêts, et maintenant nous pouvons jeter un œil aux tests de comparaison.

Je vais commencer par tester la précision ou le jeu.

Réducteur planétaire

Voici d’abord le réducteur planétaire. Ici, je teste sa répétabilité et cela montre de bons résultats. La barre se remet en place au 1/100e de mm à une distance de 20 cm.

Mais bien sûr, lorsqu’on lui applique une force, le jeu devient perceptible. La barre joue quelques mm de haut en bas à cette distance. En le déplaçant à la main, on a l'impression qu'il y a un jeu libre sur la sortie sans aucune résistance. 

Pour exprimer le jeu dans son unité typique, les minutes d'arc, nous devons procéder comme suit. Nous devons mesurer le déplacement dans les deux sens, tout en appliquant une charge d'environ 1 à 2 % de la capacité de couple nominal de la boîte de vitesses.

Lors du test du couple de la boîte de vitesses, j'ai obtenu une lecture maximale d'environ 32 N à une distance de 10 cm, donc je suppose que pour tester le jeu, nous devrions appliquer une charge d'environ 0,5 N, mais faisons 2 N à une distance de 20 cm. Avec cette charge, j'ai obtenu un déplacement d'environ 2,9 mm dans un sens et de 0,75 mm dans l'autre sens. 

Pour exprimer ces mesures en unité de jeu, minutes d'arc, nous pouvons d'abord calculer l'angle de déplacement, alpha.

Nous faisons cela à l’aide d’une trigonométrie simple, et l’angle est d’environ 1 degré. Une minute d'arc équivaut à 1/60ème de degré. Ainsi, le jeu de ce réducteur planétaire imprimé en 3D est d’environ 60 minutes d’arc.  

S'il vous plaît laissez-moi savoir dans les commentaires si vous savez si c'est la bonne façon de prendre les mesures et de calculer le jeu. Même si ce n'est pas correct à 100 %, nous utiliserons la même méthode pour exprimer le jeu pour chaque lecteur afin qu'à la fin nous ayons des résultats comparables.

Maintenant, comme je l'ai mentionné plus tôt, selon le degré de serrage ou de perte de l'engrènement des dents, la boîte de vitesses devrait fournir un résultat différent. Et voici une confirmation pour cela. Lors du premier test, la couronne de la boîte de vitesses a été imprimée avec une expansion horizontale de –0,15 mm et les engrenages planétaires avec –0,05 mm.

Maintenant, j'ai remplacé la couronne dentée par une expansion horizontale de 0 mm, ce qui a permis un ajustement plus serré. Maintenant, la boîte de vitesses a montré un jeu d'environ 50 minutes d'arc.

Cela représente environ 15 % de meilleurs résultats, et on peut même sentir à la main que la boîte de vitesses a désormais moins de jeu. 

Pour améliorer encore le jeu, j'ai imprimé les engrenages planétaires également avec une expansion horizontale de 0 mm, et encore une fois j'ai obtenu de meilleurs résultats, environ 30 minutes d'arc.

Ainsi, à partir de 60 minutes d'arc initialement, nous avons amélioré le jeu de la boîte de vitesses à 30 minutes d'arc.

Veuillez noter cependant que dans le processus de conception lui-même, lors de la génération des engrenages avec le FeatureScript personnalisé dans Onshape, j'ai ajouté un jeu ou un décalage de 0,1 mm aux engrenages.

C'est pourquoi je peux les imprimer avec une expansion horizontale de 0 mm tout en étant capable de les assembler correctement et d'obtenir de bons résultats. Cela signifie que nous pouvons encore augmenter le jeu, supprimer ce décalage de 0,1 mm lors de la génération des engrenages, mais je crois que si nous faisons cela, nous ne pourrons pas assembler les engrenages du tout, ou peut-être pourrons-nous les assembler, mais ils perdront de l'efficacité ou même se bloqueront complètement. Nous verrons ce comportement dans un instant lors du test d'efficacité ou de couple.

Entraînement cycloïdal

Néanmoins, examinons maintenant les performances du jeu cycloïdal du disque.  En termes de répétabilité, les résultats sont moins bons. La barre revenait en différents points à moins de 1/10 de mm.

Quant au jeu, j'ai calculé une valeur d'environ 60 minutes d'arc. C’est la même chose dans le pire des cas avec le réducteur planétaire. Cependant, ici, en le déplaçant à la main, on n'avait pas l'impression qu'il y avait un jeu libre, mais il y avait tout de suite une certaine résistance.

Pour ce test, les disques cycloïdaux ont été imprimés avec une expansion horizontale de –0,15 mm, et lors de l'assemblage, ils étaient en fait assez serrés. J'ai donc essayé de les imprimer avec une expansion horizontale de –0,2 mm et une expansion des trous de +0,2 mm, car la précision des 6 trous de sortie du disque cycloïdal contribue également aux performances du lecteur.

Ainsi, avec un ajustement plus lâche des disques, les résultats étaient bien pires, environ 150 minutes d'arc et il y avait un jeu libre de l'arbre lorsqu'on le déplaçait à la main.

Entraînement par courroie

Ok, voyons ensuite comment fonctionne la transmission par courroie. La répétabilité semble assez bonne, au 1/100 de mm près à une distance de 20 cm. Mais on peut aussi remarquer qu'il y a comme un dépassement. La barre monte à 0,04 mm et revient à 0,03.

Lors du test du jeu, j'ai calculé une valeur d'environ 45 minutes d'arc.

C'est un bon résultat par rapport aux deux autres entraînements, mais ici, avec l'entraînement par courroie, j'ai également la possibilité de contrôler la tension de la courroie et ainsi peut-être d'améliorer le jeu.

J'ai tendu un peu plus la courroie, et maintenant le jeu a été réduit à environ 25 minutes d'arc.

Ainsi, la transmission par courroie a donné les meilleurs résultats parmi les trois transmissions en termes de jeu.

Test de couple/efficacité

Entraînement cycloïdal

Ok, comparons maintenant leur efficacité ou leur couple de sortie. Je vais commencer par l'entraînement cycloïdal. À une distance de 10 cm, j'ai obtenu une lecture d'environ 16 N, soit un couple d'environ 160 Ncm.

Par rapport au couple affiché par le moteur pas à pas sans entraînement, environ 18 Ncm, cela représente une augmentation de couple d'environ 9 fois.

Cela représente un faible rendement du variateur, d’environ 60 % seulement. Le rapport de réduction de cet entraînement est de 15:1, et dans des conditions idéales, nous devrions obtenir une augmentation de couple de 15 fois, mais nous en avons obtenu environ 60 %. C'est parce que je suppose qu'il y a beaucoup de friction dans l'entraînement, ou une résistance élevée car l'ajustement des disques cycloïdaux était assez serré. 

Si nous comparons cela avec les disques cycloïdaux qui avaient un ajustement plus lâche, j'ai obtenu une lecture d'environ 18N, ou 180Ncm.

Cela représente une efficacité supérieure de 10 %, mais ce n’est toujours pas génial, seulement environ 66 % d’efficacité. Et en plus de cela, le jeu avec les disques cycloïdaux les plus lâches était énorme, totalement inutilisable pour tout travail de précision.

Réducteur planétaire

Jetons maintenant un coup d’œil à l’efficacité du réducteur planétaire. À une distance de 10 cm, j'ai obtenu une lecture d'environ 36 N, soit un couple d'environ 350 Ncm.

J'ai été un peu surpris par ces résultats, car comparé au couple affiché par le moteur pas à pas sans entraînement, dans ce cas autour de 23 Ncm, cela représente une augmentation de couple d'environ 15 fois. Cette boîte de vitesses a un rapport de réduction de 16:1, soit un rendement d’environ 90 à 95 %. Cependant, ce test a été réalisé avec des engrenages à ajustement plus lâche, où il y avait un petit jeu de l'arbre lors du déplacement à la main. 

Mais voici les deux autres cas que j'ai testés, avec des engrènements plus serrés des engrenages.

J'ai obtenu un couple de sortie d'environ 310 Ncm avec une couronne dentée imprimée en 3D avec une expansion horizontale de 0 mm, soit une efficacité d'environ 84 %.

Et avec un ajustement encore plus serré des engrenages, avec tous les engrenages planétaires imprimés en 3D avec une expansion horizontale de 0 mm, un couple de sortie d'environ 290 Ncm, soit une efficacité de 78 %. Pourtant, un très bon résultat pour une boîte de vitesses imprimée en 3D.

Entraînement par courroie

Enfin, jetons un coup d'œil à l'efficacité de la transmission par courroie.

Lors de ce premier test avec les courroies un peu plus lâches, j'ai obtenu une lecture d'environ 260 Ncm, ce qui représente une efficacité d'environ 70 %, car ce moteur pas à pas avait un couple d'environ 23 Ncm sans l'entraînement.  Cependant, dans ce cas, le problème était que la courroie sautait au niveau de la poulie d'entrée plus petite du deuxième étage, au lieu du moteur pas à pas lui-même.

Avec une meilleure tension de la courroie, le couple de sortie était d'environ 360 Ncm, soit un rendement d'environ 95 à 97 %.

C'est vraiment impressionnant. L'entraînement par courroie s'est révélé être l'entraînement le plus efficace, ainsi que le plus performant en termes de jeu.

Mais avant de déterminer quel disque imprimé en 3D est le meilleur, jetons un coup d'œil à quelques comparaisons supplémentaires.

Test de durabilité

J'ai essayé de faire un test de durabilité, en faisant fonctionner les disques pendant une période plus longue, avec un certain poids dessus.

J'ai utilisé des moteurs à courant continu comme poids et j'ai fait tourner les entraînements avec un changement soudain de sens de rotation afin de leur ajouter plus de contrainte. 

Après environ 2 heures, l'entraînement cycloïdal est tombé en panne. Il ne pouvait plus déplacer la charge. La transmission par courroie et le réducteur planétaire ont continué pendant 8 heures supplémentaires avec les mêmes mouvements, et tout s'est bien passé. Après ce test de durabilité, j'ai testé à nouveau leur jeu. 

L'entraînement cycloïdal a totalement perdu de sa précision. Il y avait environ 10 mm de jeu libre à une distance de 20 cm.

Le réducteur planétaire a également introduit un jeu libre sur l’arbre de sortie, qui n’existait pas auparavant. J'utilisais les engrenages les plus ajustés pour ce test de durabilité. Dans l'unité de jeu, il est passé d'environ 30 minutes d'arc avant le test à 60 minutes d'arc après le test. 

Et la transmission par courroie, après le test de durabilité, a montré un jeu d'environ 35 minutes d'arc, et avant le test, il y avait environ 25 minutes d'arc de jeu. 

J'ai ouvert les disques pour voir ce qui se passait à l'intérieur et ce qui cause la réduction de précision.

Dans l'entraînement cycloïdal, il y avait des marques d'usure importantes sur les disques cycloïdaux. Tant sur le profil du disque cycloïdal que sur les trous de sortie des disques. Ainsi, à mesure que les disques PLA se déformaient, ils réduisaient considérablement la précision du lecteur. 

Sur le réducteur planétaire, je n'ai pas pu constater beaucoup d'usure ou de déformations.

Il y a probablement quelques très petites déformations ou usures, peut-être les bulles d'usure des coutures qui apparaissent lors de leur impression 3D. Ainsi, une fois que les coutures sont usées, le jeu augmente.

Peut-être que si nous imprimons les engrenages avec des tolérances encore plus petites, ou si nous les rendons plus serrés au début, même au prix d'une perte d'efficacité, mais après l'usure initiale, ils obtiendront la bonne efficacité et la bonne précision. 

Quant à la transmission par courroie, nous pouvons remarquer une usure sur la face arrière de la courroie, là où le roulement du tendeur pousse la courroie.

Ce problème peut être facilement résolu en utilisant une roue libre appropriée de 10 mm. De plus, nous pouvons toujours ajouter plus de tension aux courroies même après une certaine utilisation pour améliorer la précision. Avec les deux autres disques, nous ne pouvons rien faire pour améliorer la précision. Nous ne pouvons pas leur ajouter de matière, ni rien tendre.

Ainsi, compte tenu de tout cela, la transmission par courroie s'est révélée la plus performante.

Et pas seulement cela, il a également battu les deux autres disques en termes de poids, de coût et de facilité de fabrication.

Autres comparaisons

Le poids total de l'entraînement par courroie, y compris le moteur pas à pas, était d'environ 550 g, le réducteur planétaire d'environ 600 g et l'entraînement cycloïdal d'environ 710 g. Bien entendu, le poids est très important si l'on utilise ces entraînements comme articulations de robot.

En termes de taille, l'entraînement cycloïdal est certainement l'entraînement le plus compact, tandis que le réducteur planétaire et l'entraînement par courroie sont quelque peu similaires mais avec une configuration légèrement différente. 

En revanche, l'entraînement cycloïdal est le plus complexe ou le plus difficile à assembler, suivi du réducteur planétaire et de l'entraînement par courroie comme les plus faciles à assembler. En effet, la transmission par courroie comporte en réalité le moins de composants autres que les pièces imprimées en 3D.

Cela affecte également directement le coût de construction du lecteur. Cet entraînement cycloïdal que je construis pour cette vidéo contient la plupart des composants autres que les pièces de l'imprimante 3D, les broches, les bagues et les roulements, et coûte environ 28 $ à construire (sans compter les pièces imprimées en 3D). Ensuite, nous avons le réducteur planétaire qui coûte environ 23 $, et enfin les transmissions par courroie qui ne coûtent que 1/4 ou 1/3 de ce montant, soit environ 7,5 $.

Conclusion

Alors, quel est mon verdict final. Quoi de mieux, un entraînement cycloïdal imprimé en 3D, un réducteur planétaire ou un entraînement par courroie ?

Eh bien, j'éviterais certainement l'entraînement cycloïdal, car la seule catégorie qui était meilleure que les autres entraînements était sa taille ou sa compacité. 

D'un autre côté, le réducteur planétaire et l'entraînement par courroie ont montré des performances très similaires, mais si je dois choisir un gagnant parmi tous les tests que j'ai effectués, ce doit être l'entraînement par courroie. Il a obtenu les meilleurs résultats dans toutes les catégories, précision, efficacité et durabilité, et a été le plus simple et le moins cher à construire.

Cependant, je ne laisserai pas ce test ici, mais en fait, je ferai d'autres comparaisons entre le réducteur planétaire et l'entraînement par courroie dans des scénarios réels, ou je construirai deux bras de robot, l'un utilisant des réducteurs planétaires et l'autre utilisant des entraînements par courroie, et nous verrons ensuite comment ils fonctionneront en situation réelle.