تروس القيادة التوافقية المتذبذبة ولكن الدقيقة ذات عزم الدوران العالي

يعد المحرك التوافقي جزءًا أساسيًا من عدد لا يحصى من التطبيقات الآلية. يتميز نظام التروس هذا بأنه بسيط بشكل لا يصدق ولكنه غريب جدًا للمشاهدة، فهو دقيق للغاية مع نسبة عزم الدوران إلى الوزن الرائعة، حتى لو تمايل. فكيف يعمل؟

إن ترس Harmonic Drive الذي يبدو غريبًا هو في الواقع عبقري إلى حد ما في كيفية عمله – حيث أن إعداده المرن على شكل قطع ناقص داخل دائرة يخلق حركة متذبذبة أثناء دورانه، ويضع فقط حوالي ثلث أسنان التروس الرئيسية على اتصال مع بعضها البعض في أي نقطة معينة – ولكن النتيجة هي ترس قيادة صغير الحجم وخفيف الوزن بشكل ملحوظ قادر على توفير عزم دوران ممتاز بدقة مطلقة، وبدون أي رباط قيادة أو تشغيل حر.

تم تصميمه لأول مرة في عام 1957 من قبل ولاية بنسلفانيا ج. والتون موسر، مخترع مبدع رائع وله براءات اختراع في كل شيء بدءًا من أنظمة التوجيه المعزز والبنادق عديمة الارتداد ومنفاخ سترات النجاة الهوائية، وصولاً إلى العديد من الأفكار الرئيسية التي تدعم مقاعد القذف في الطائرات النفاثة. تم تسويق المحرك التوافقي لأول مرة في أوائل الستينيات. وهي مصنوعة من ثلاثة مكونات رئيسية:

• مولد الموجة: محور إدخال بيضاوي الشكل قليلاً مع سباق كروي حول حافته الخارجية.
• الخط المرن: مكون مرن على شكل كوب له أسنان على محيطه الخارجي. إنه يتشوه بشكل قطري ولكنه يحتفظ بالصلابة الالتوائية عند إدخال مولد الموجة المستطيلة.
• الشريحة الدائرية: حلقة صلبة تمامًا ذات أسنان داخلية، تشبه الترس الحلقي الكوكبي، ولها سنان أكثر من الشريحة المرنة.

عندما يدور مولد الموجة، فإن حوالي 30% من أسنان الخط المرن على كلا الطرفين تتلامس مع أسنان الخط الدائري في أي وقت، مما يشكل نمط موجة متقدم. يؤدي هذا إلى دوران الخط المرن داخل الخط الدائري، ولكن في الاتجاه المعاكس للإدخال. تحقق من ذلك:

جزء من عبقرية هذا النظام هو عدم وجود رد فعل عكسي – فلا يوجد أي لعب بين التروس، مما يجعله مثاليًا للتحكم الدقيق والدقيق في المحرك. يعد تصميمه المدمج وخفيف الوزن مثاليًا أيضًا للتطبيقات ذات المساحة المحدودة. ومع وجود عدد قليل من الأجزاء المتحركة، فإن المحرك التوافقي يتميز بالموثوقية العالية والمتانة.

اليوم، أصبحت المحركات التوافقية موجودة في كل مكان عن كوكب. تستخدمها الروبوتات الصناعية، مثل تلك التي تنتجها شركة Fanuc وشركة Universal Robots، في مهام مثل اللحام والتجميع، حيث تكون الحركة الدقيقة المتكررة أمرًا بالغ الأهمية.

يعتمد روبوت دافنشي الجراحي، المصمم لإجراءات طفيفة التوغل، على محركات توافقية في أذرعه، مما يمنحه حركات دقيقة دقيقة دون أي رد فعل عكسي لتحقيق أقصى قدر من الدقة أثناء إجراء عمليات طفيفة التوغل على الأشخاص.

محرك متناسق

تستخدم روبوتات أطلس البشرية وروبوتات Spot Quadruped من شركة بوسطن ديناميكس هذه الروبوتات في أذرعها وأرجلها، من بين أماكن أخرى، لتحقيق حركة سلسة ومتحكم فيها مع الحفاظ على قوتها.

حتى مركبات ناسا المريخية، كيوريوسيتي ومثابرة، تتميز بمحركات توافقية في أذرعها وعجلاتها الآلية. يعد إرسال المركبات الجوالة إلى كوكب آخر دون أمل في توقف الصيانة أو الإصلاح بمثابة شهادة على موثوقية هذا التصميم ومتانته.

في حين أن موسر لم يعش قط ليرى اختراعه يصل إلى المريخ، إلا أنه على الأقل شهد وصوله إلى الفضاء. كان المحرك التوافقي مكونًا شائعًا في نظام المناولة عن بعد القياسي للمكوك الفضائي – المعروف أيضًا باسم “Canadarm” – المستخدم في المكوكات مثل كولومبيا وتشالنجر للتعامل مع الحمولات ونشر البضائع.

بعد مرور ما يقرب من 70 عامًا على ابتكاره، لا يزال هذا الاختراع الرائع، مع “تمايله” المميز والهادف، موجودًا في مجالات متنوعة. من الحركات الجراحية الدقيقة إلى استكشاف الكواكب البعيدة، تكمن عبقرية المحرك التوافقي في بساطته وموثوقيته ودقته.

مصدر: محرك متناسق