Escolhendo a unidade impressa em 3D ideal para seu próximo projeto de robótica

Nesta comparação aprenderemos o que é melhor, um acionamento cicloidal impresso em 3D, uma caixa de engrenagens planetárias ou um acionamento por correia. Iremos compará-los em diversas categorias, medir sua eficiência ou saída de torque, medir sua precisão ou folga e ver quão duráveis ​​eles são. Além disso, iremos compará-los em termos de custo, tamanho, peso e facilidade de fabricação. 

Você pode assistir ao vídeo a seguir ou ler o tutorial escrito abaixo.

Visão geral

Por que essa comparação? Bom, o objetivo principal será entender qual acionamento ou redutor de velocidade seria a melhor escolha para uma articulação robótica. No período seguinte, estarei projetando e fabricando alguns braços robóticos, portanto, com os resultados desta comparação, eu e você, seremos capazes de escolher qual acionamento ou redutor de velocidade funcionaria melhor para o projeto do seu braço robótico. 

Já tenho vídeos dedicados em meu canal explicando em detalhes o que são e como funcionam um acionamento cicloidal e uma caixa de engrenagens planetárias, bem como como projetá-los, então sugiro conferir esses vídeos para mais detalhes. 

Aqui neste artigo de comparação, daremos apenas uma olhada nos principais parâmetros de entrada que definem o design dos drivers. 

Projeto

Acionamento Cicloidal

Vou começar com o acionamento cicloidal. Ao projetar um acionamento cicloidal, os principais parâmetros de entrada são a taxa de redução que queremos alcançar e o tipo ou tamanho dos rolos que usaremos.

Para esta construção, como rolos decidi usar buchas com diâmetro interno de 6mm e diâmetro externo de 10mm.

Essas buchas são muito mais lisas do que as buchas que usei em minhas construções anteriores, com diâmetro externo de 8 mm, então queria ver se consigo obter melhor desempenho do acionamento cicloidal com elas. Porém, essas buchas de 10 mm têm um preço, pois o tamanho dos rolos define diretamente o tamanho dos discos cicloidais e de todo o acionamento. 

Agora vou mostrar como projetei facilmente o acionamento cicloidal usando o Onshape, que também é patrocinador deste vídeo. Onshape é um sistema CAD e PDM de nível profissional e agora oferece até seis meses gratuitos da versão profissional para engenheiros e suas empresas.

É muito fácil gerar o disco cicloidal com a ajuda da biblioteca Cycloidal Drive FeatureScripts personalizada no Onshape.

Só precisamos inserir nossos parâmetros. O número do dente do disco, a excentricidade e os diâmetros dos rolos ou pinos, tanto os pinos externos ou rolos da coroa quanto os pinos internos ou os rolos do eixo de saída. À medida que inserimos esses valores, o modelo 3D é atualizado, bem como os outros parâmetros que devemos acompanhar e corrigi-los posteriormente, se necessário. O diâmetro do círculo é a dimensão total do disco, e o objetivo é ser o menor possível de acordo com nossos parâmetros de entrada fixos, o número de pinos e suas dimensões. 

O disco cicloidal é a parte mais importante da unidade e o restante das peças são projetadas em torno dele.

É claro que existem muitos outros parâmetros de entrada que contribuem para o projeto geral do inversor, como o tipo de motor, como gostaríamos de acionar o eixo de entrada, que tipo de rolamentos temos disponíveis para trabalhar, a aplicação da própria caixa de engrenagens e assim por diante.

Caixa de Engrenagens Planetária

Vamos dar uma olhada na caixa de engrenagens planetárias agora. Na verdade, este é o mesmo design do meu vídeo anterior, onde falo detalhadamente como projetar uma caixa de engrenagens planetárias. É uma caixa de engrenagens planetárias de dois estágios, com redução de 4:1 em cada estágio, totalizando uma relação de 16:1.

Para melhor desempenho, em vez de buchas, aqui estou usando rolamentos de esferas para as engrenagens planetárias. Cada engrenagem planetária acomoda dois rolamentos de esferas para que possamos travar facilmente a engrenagem no lugar e aceitar as forças axiais que ocorrem, uma vez que as engrenagens são helicoidais.

Acionamento por correia

A seguir, vamos dar uma olhada no acionamento por correia. Aqui também queremos a mesma proporção de redução de 16:1 e podemos facilmente fazer isso em dois estágios com proporção de 4:1.

Optei por usar uma correia GT2 porque é a correia mais popular e disponível e oferece ótimo desempenho em termos de folga. Quase todas as impressoras 3D utilizam este tipo de correias. Eu tenho duas correias GT2 de circuito fechado de 226 mm com largura de 10 mm.

Agora, para que essas correias funcionem, precisamos de polias GT2 adequadas. Novamente, usando uma biblioteca FeatureScript personalizada no Onshape, podemos gerar facilmente as polias GT2.

Aqui basta selecionar o tipo de correia GT2, seja 3M ou 2M, ou passo de 3 ou 2mm, e inserir o número de dentes que a polia terá. 

Eu configurei as polias de entrada para terem 20 dentes e as polias de saída para 80 dentes. A polia de saída do primeiro estágio com 80 dentes é a polia de entrada com 20 dentes do segundo estágio e assenta sobre dois rolamentos de esferas.

O eixo é um eixo impresso em 3D de 6 mm com parafuso M4 que passa por ele para torná-lo mais resistente. A polia de saída do segundo estágio é sustentada por dois rolamentos de esferas, um no eixo de entrada do motor e outro na carcaça.

Modelos 3D

Visualize e explore os modelos 3D:

Unidade cicloidal:https://bit.ly/3RsTa6g

Correia de transmissão:https://bit.ly/3DZGIb7

Caixa de engrenagens planetárias:https://bit.ly/3XGtTsZ

Esta seção ainda está em construção. O preenchimento dos arquivos STL estará disponível em breve.

Impressão 3D

Usei a impressora 3D Creality K2 Plus para imprimir todas as peças. Ao imprimir em 3D, é essencial usar o recurso Expansão Horizontal, ou agora no novo fatiador Creality Print, é chamado de compensação de contorno XY e compensação de furo XY.

Se deixarmos estas configurações por padrão, as dimensões das impressões provavelmente não sairão exatamente iguais às do modelo CAD e isso se deve à expansão do filamento durante a impressão 3D. Os buracos geralmente ficam menores e os contornos maiores.

Agora, quais valores usar para essas duas configurações é a questão chave porque elas afetam diretamente a precisão ou o desempenho das unidades que estamos fazendo. Na verdade, usei valores diferentes para cada parte, dependendo da finalidade da peça.

Por exemplo, ao imprimir os discos cicloidais em 3D, usei valores de 0,12 mm para a compensação do furo XY e –0,15 mm para o contorno. Dessa forma consegui os furos para onde vão os roletes de saída na dimensão correta, bem como o contorno do disco que precisava ser menor para caber nos roletes da coroa.

Fiz uma lista de todos os valores que usei para cada parte. Lista de valores de expansão horizontal ou compensação X-Y:
Parte Compensação de contorno Compensação de furo Acionamento Cicloidal Disco cicloidal-0,15mm
-0,20 mm para ajuste mais solto 0,10 mm
0,15mm para ajuste mais soltoRolamento excêntrico0,07mm0,03Acoplador de eixo0,07mm0mmCaixa de engrenagens planetárias Engrenagem anelar/carcaça0mm
-0,10 mm para ajuste mais solto 0,05 mm Engrenagens planetárias 0 mm
-0,05mm para ajuste mais solto0,05mmTransporte/saída0,07mm – para se ajustar melhor ao rolamento de saída0,05mmAcionamento por correia Polias GT2-0,05mm0,05mm
Você pode tentar esses valores ao imprimir em 3D, mas pode precisar de valores diferentes dependendo da sua impressora 3D. Você só pode acertar esses valores fazendo alguns testes de impressão com valores diferentes. Posteriormente, você verá nos testes de comparação como o ajuste desses valores afeta o desempenho dos drives.

A propósito, agradeço à Creality por me fornecer esta excelente impressora 3D. A Creality K2 Plus é na verdade uma das melhores impressoras 3D que já usei. Verifique minha análise detalhada do Creality K2 Plus. Além disso, confira em: loja Creality USA ; Loja Creality EU ; Amazônia.

Montagem das unidades

Tudo bem, aqui estão todas as peças impressas em 3D e outros componentes necessários para a montagem dos três redutores de velocidade.

Como podemos notar, o acionamento por correia possui o menor número de peças, e por outro lado, para o acionamento cicloidal precisamos de consideravelmente mais componentes como os pinos e as buchas. A caixa de engrenagens planetárias está em algum lugar no meio.

BOM

Aqui está uma lista completa de todos os componentes necessários para essas unidades, como buchas, correias, rolamentos e parafusos e porcas.
Componente Quantidade Links de compra Acionamento Cicloidal Pinos D-6mm, L-30mm 16Amazon |AliExpress Pinos D-6mm, L-24mm/25mm6Amazon |AliExpress Buchas ID6mm OD10mm L16mm ou 2xL8mm22Amazon |AliExpress Rolamento de esferas 35x47x7 68071Amazon  | AliExpress Rolamento de esferas 17x26x5mm 68033Amazon  | AliExpress Rolamento de esferas 12x21x5mm 68011Amazon  | AliExpress M3x10mm escareado
M3x10mm4
6Amazônia  | AliExpress Caixa de Engrenagens Planetárias Pinos D-6mm, L-226Amazon |AliExpress Rolamento de esferas 35x47x7 68071Amazon  | AliExpress Rolamento de esferas 15x24x5 68022Amazon  | AliExpress Rolamento de esferas 6x13x5mm 68612Amazon  | AliExpress M3x10mm
M3x10mm escareado6
4Amazônia  | AliExpress Acionamento por correia Correia GT2 226mm2Amazon  | AliExpress Rolamento de esferas 35x47x7 68071Amazon  | AliExpress Rolamento de esferas 15x24x5 68021Amazon  | AliExpress Rolamento de esferas 6x13x5mm 6862Amazon  | AliExpress M3x10mm
M3x8mm
M3x16mm escareado
M3x25mm escareado4
4
2
2Amazônia  | AliExpress Outro Parafusos sem cabeça M3Amazon  | AliExpress Porcas M3 / M4Amazon  | AliExpress
Agora irei orientá-lo rapidamente no processo de montagem dessas unidades.

Conjunto de transmissão por correia

Para montar o acionamento por correia, primeiro precisamos inserir a polia de saída final no lugar através do rolamento de esferas na carcaça.

Em seguida, precisamos instalar o rolamento de esferas dentro da polia de saída, onde irá a primeira polia de entrada. Esta polia de entrada primeiro precisa ser fixada ao motor de passo, e para isso fiz duas ranhuras para inserir porcas M3 e, em seguida, usando parafusos sem cabeça M3 podemos fixar firmemente a polia no lugar.

A polia deve ficar 2 mm acima do motor de passo. 

Antes de inserir o stepper, precisamos inserir as duas correias.

Então podemos fixar o stepper à caixa usando alguns parafusos M3. Como eu queria que o drive fosse o mais compacto possível, a fixação desses parafusos só foi possível com um alicate estreito.

Não é nada conveniente, mas o objetivo também era ser o mais robusto possível para obter o melhor desempenho. 

A seguir, podemos inserir a polia intermediária e enrolar as duas correias em torno dela. Esta polia acomodará dois rolamentos de esferas com um anel de pequena distância entre eles.

Então podemos inserir o eixo da polia. É um eixo oco de 6 mm impresso em 3D que será reforçado com um parafuso M4.

Aqui, por exemplo, podemos usar apenas um parafuso M6 em vez deste, mas dessa forma, não teríamos uma conexão tão apertada porque o diâmetro externo do parafuso M6 é de cerca de 5,8 mm, e com o eixo impresso em 3D podemos fazer exatamente 6 mm ou 5,95 mm para passar perfeitamente pelos rolamentos.  

Na parte inferior precisamos inserir um anel distanciador no qual o rolamento de esferas ficará apoiado.

Depois podemos esticar as correias e inserir o eixo através dos rolamentos e no outro lado da caixa. Depois podemos inserir o parafuso M4 nele e fixar tudo no lugar com uma porca M4. E pronto, o acionamento por correia está feito, funciona.

As correias estão bastante apertadas, mas para melhor controle e desempenho devemos adicionar tensores a elas. Fiz os tensores da correia com a ajuda de um rolamento de esferas com diâmetro externo de 13mm, que é fixado em um pequeno suporte com alguns parafusos e porcas M3.

Podemos empurrar este suporte contra a correia para tensioná-la e depois apertar o parafuso. É um mecanismo bastante simples que funciona perfeitamente. 

Por último, podemos fixar a tampa da unidade com alguns parafusos e porcas M3 e adicionar inserções roscadas ao eixo de saída para fixar coisas nele.

É isso, o acionamento por correia está feito e à primeira vista, ao tentar movimentar o eixo de saída com a mão parece que não há folga alguma.

Acionamento Cicloidal

Agora vamos dar uma olhada na construção da unidade cicloidal. Como mencionei, já tenho vídeos detalhados de como construir um acionamento cicloidal e uma caixa de engrenagens planetárias, então aqui direi apenas algumas palavras sobre eles. 

Ao montar a unidade cicloidal, me deparei com o problema de não conseguir inserir o segundo disco no lugar, embora estivesse seguindo todas as regras, coloquei-o 180 graus fora de fase e verifiquei novamente todas as dimensões.

Aí percebi que o problema era a taxa de redução. Um acionamento cicloidal deve ter um número ímpar de relação para funcionar corretamente. Em meus vídeos anteriores eu já fiz três designs diferentes de drives cicloidais, mas sua taxa de redução era um número ímpar por acaso, então perdi o fato de que para fazer um drive cicloidal que funcione corretamente com dois discos cicloidais, você precisa ter um número ímpar de dentes ou lóbulos nos discos.

Você pode verificar os artigos de designs anteriores abaixo.

• O que é driver cicloidal? Projeto, impressão 3D e testes
• Unidade cicloidal usinada em CNC versus impressa em 3D – projeto e teste
• Acionamento Harmônico vs Cicloidal – Teste de Torque, Folga e Desgaste

Ter um número ímpar de taxa de redução significou que tive que alterar o número de dentes para 15 e o número de rolos da coroa para 16 e reimprimir a carcaça e os discos.

Agora consegui instalar os dois discos cicloidais corretamente e finalizar toda a montagem.

Teste de reação

Tudo bem, aqui tenho os três drives prontos e agora podemos dar uma olhada nos testes de comparação.

Começarei testando a precisão ou a reação.

Caixa de Engrenagens Planetária

Aqui está a caixa de engrenagens planetária primeiro. Aqui estou testando sua repetibilidade e mostra bons resultados. A barra volta ao lugar dentro de 1/100 de mm a uma distância de 20 cm.

Mas é claro que, quando aplicada uma força, a reação fica perceptível. A barra toca alguns mm para cima e para baixo nessa distância. Ao movê-lo manualmente, parece que há uma folga na saída sem qualquer resistência. 

Para expressar a reação em sua unidade típica, minutos de arco, precisamos fazer o seguinte. Devemos medir o deslocamento em ambas as direções, aplicando uma carga em torno de 1-2% da capacidade de torque nominal da caixa de engrenagens.

Ao testar o torque da caixa de câmbio, obtive uma leitura máxima em torno de 32N a uma distância de 10cm, então acho que para testar a folga deveríamos aplicar uma carga em torno de 0,5N, mas vamos fazer 2N a uma distância de 20cm. Com essa carga consegui um deslocamento em torno de 2,9mm em uma direção e 0,75mm na outra direção. 

Para expressar essas medidas em unidade de folga, minutos de arco, primeiro podemos calcular o ângulo de deslocamento, alfa.

Fazemos isso com a ajuda de alguma trigonometria simples, e o ângulo fica em torno de 1 grau. Um minuto de arco equivale a 1/60 de grau. Portanto, a folga desta caixa de engrenagens planetárias impressa em 3D é de cerca de 60 minutos de arco.  

Por favor, deixe-me saber nos comentários se você sabe se essa é a maneira correta de fazer as medições e calcular a folga. Mesmo que não esteja 100% correto, usaremos o mesmo método para expressar a folga de cada acionamento para que no final tenhamos resultados comparáveis.

Agora, como mencionei anteriormente, dependendo de quão apertada ou perdida está a engrenagem dos dentes, a caixa de engrenagens deve fornecer resultados diferentes. E aqui está uma confirmação disso. No primeiro teste, a coroa da caixa de engrenagens foi impressa com expansão horizontal de –0,15mm e as engrenagens planetárias com –0,05mm.

Agora troquei a coroa por expansão horizontal de 0mm, o que deixou um encaixe mais apertado. Agora a caixa de câmbio mostrou uma folga de cerca de 50 minutos de arco.

Isso representa resultados 15% melhores, e pode até ser sentido manualmente que a caixa de câmbio agora tem menos folga. 

Para melhorar ainda mais a folga, imprimi as engrenagens planetárias também com expansão horizontal de 0mm, e novamente obtive resultados melhores, em torno de 30 minutos de arco.

Assim, inicialmente de 60 minutos de arco, melhoramos a folga da caixa de câmbio para 30 minutos de arco.

Observe, porém, que no próprio processo de design, ao gerar as engrenagens com o FeatureScript personalizado no Onshape, adicionei uma folga ou deslocamento de 0,1 mm às engrenagens.

Então é por isso que posso imprimi-los todos com expansão horizontal de 0mm e ainda conseguir montá-los corretamente e obter bons resultados. Isso significa que podemos aumentar ainda mais a folga e remover aquele deslocamento de 0,1 mm ao gerar as engrenagens, mas acredito que se fizermos isso, não conseguiremos montar as engrenagens de jeito nenhum, ou talvez consigamos montá-las juntas, mas elas perderão eficiência ou até emperrarão completamente. Veremos esse comportamento daqui a pouco no teste de eficiência ou torque.

Acionamento Cicloidal

No entanto, agora vamos dar uma olhada no desempenho da folga cicloidal do disco.  Em termos de repetibilidade, apresentou resultados piores. A barra estava voltando em vários pontos dentro de 1/10 de mm.

Quanto à folga, calculei um valor em torno de 60 minutos de arco. É o mesmo que no pior caso com a caixa de engrenagens planetárias. Porém, aqui, ao movê-lo manualmente, não parecia que havia uma folga, mas houve alguma resistência imediatamente.

Para este teste, os discos cicloidais foram impressos com expansão horizontal de –0,15 mm e, durante a montagem, ficaram bastante apertados. Então, tentei imprimi-los com expansão horizontal de –0,2mm e expansão de furo de +0,2mm, pois a precisão dos 6 furos de saída no disco cicloidal também contribui para o desempenho do drive.

Então, com um ajuste mais frouxo dos discos, os resultados foram bem piores, em torno de 150 minutos de arco e houve folga do eixo ao movê-lo manualmente.

Acionamento por correia

Ok, a seguir vamos dar uma olhada no desempenho da transmissão por correia. A repetibilidade parece ser muito boa, dentro de 1/100 de mm a uma distância de 20 cm. Mas também podemos notar que há uma espécie de ultrapassagem. A barra sobe até 0,04 mm e volta para 0,03.

Ao testar a folga, calculei um valor em torno de 45 minutos de arco.

É um bom resultado comparado aos outros dois acionamentos, mas aqui com o acionamento por correia também tenho a possibilidade de controlar a tensão da correia e com isso talvez melhorar a folga.

Eu tensionei um pouco mais a correia e agora a folga foi reduzida para cerca de 25 minutos de arco.

Assim, o acionamento por correia apresentou o melhor resultado dos três acionamentos em termos de folga.

Teste de Torque/Eficiência

Acionamento Cicloidal

Ok, agora vamos comparar sua eficiência ou saída de torque. Vou começar com o acionamento cicloidal. A uma distância de 10cm, obtive uma leitura em torno de 16N, ou seja, um torque em torno de 160Ncm.

Comparado ao torque que o motor de passo apresentou sem acionamento, em torno de 18Ncm, isso representa um aumento de torque em torno de 9 vezes.

Isso representa uma baixa eficiência da unidade de apenas cerca de 60%. A taxa de redução deste drive é de 15:1, e em condições ideais deveríamos obter um aumento de torque de 15 vezes, mas conseguimos cerca de 60% disso. Isso porque acho que há muito atrito na unidade ou alta resistência, pois o ajuste dos discos cicloidais foi bastante apertado. 

Se compararmos isso com os discos cicloidais que tinham ajuste mais frouxo, obtive uma leitura em torno de 18N, ou 180Ncm.

Isso é cerca de 10% melhor de eficiência, mas ainda não é ótimo, apenas cerca de 66% de eficiência. Além disso, a folga com os discos cicloidais mais soltos era enorme, totalmente inutilizável para qualquer trabalho de precisão.

Caixa de Engrenagens Planetária

Vamos dar uma olhada na eficiência da caixa de engrenagens planetárias agora. A uma distância de 10cm, obtive uma leitura em torno de 36N, ou seja, um torque em torno de 350Ncm.

Fiquei meio surpreso com esses resultados, pois comparado ao torque que o motor de passo apresentou sem o acionamento, neste caso em torno de 23Ncm, é um aumento de torque em torno de 15 vezes. Esta caixa de velocidades tem uma taxa de redução de 16:1, o que representa cerca de 90 a 95% de eficiência. Porém, este teste foi feito com as engrenagens com encaixe mais folgado, onde havia uma pequena folga do eixo ao movimentá-lo manualmente. 

Mas aqui estão os outros dois casos que testei, com ajustes mais apertados das engrenagens.

Obtive uma saída de torque de cerca de 310 Ncm com coroa dentada impressa em 3D com expansão horizontal de 0 mm, ou seja, cerca de 84% de eficiência.

E com um ajuste ainda mais apertado das engrenagens, com todas as engrenagens planetárias impressas em 3D com expansão horizontal de 0 mm, saída de torque em torno de 290 Ncm, ou seja, 78% de eficiência. Ainda assim, um resultado muito bom para uma caixa de velocidades impressa em 3D.

Acionamento por correia

Por último, vamos dar uma olhada na eficiência da transmissão por correia.

Neste primeiro teste com as correias um pouco mais soltas, obtive uma leitura em torno de 260Ncm, o que é uma eficiência em torno de 70%, já que esse stepper tinha um torque em torno de 23Ncm sem acionamento.  Porém, neste caso, o problema era que a correia estava saltando na polia de entrada menor do segundo estágio, em vez do próprio passo.

Com a correia melhor tensionada, o torque de saída ficou em torno de 360Ncm, ou seja, uma eficiência em torno de 95 a 97%.

Isso é realmente impressionante. O acionamento por correia revelou-se o acionamento mais eficiente, bem como o de melhor desempenho em termos de folga.

Mas antes de concluirmos qual unidade impressa em 3D é a melhor, vamos dar uma olhada em mais algumas comparações.

Teste de durabilidade

Tentei fazer um teste de durabilidade, rodando os drives por mais tempo, com algum peso sobre eles.

Usei alguns motores DC como peso e fiz os drives girarem com uma mudança repentina no sentido de rotação para adicionar mais tensão a eles. 

Após cerca de 2 horas, a unidade cicloidal falhou. Não conseguia mais mover a carga. A transmissão por correia e a caixa de engrenagens planetárias continuaram por mais 8 horas com os mesmos movimentos e funcionaram perfeitamente. Após este teste de durabilidade, testei novamente sua reação. 

O acionamento cicloidal perdeu totalmente a precisão. Houve uma folga de cerca de 10 mm a uma distância de 20 cm.

A caixa de engrenagens planetárias também introduziu folga no eixo de saída, que anteriormente não existia. Eu estava usando as engrenagens com ajuste mais justo para este teste de durabilidade. Na unidade de folga, passou de cerca de 30 minutos de arco antes do teste para 60 minutos de arco após o teste. 

E o acionamento por correia, após o teste de durabilidade apresentou uma folga de cerca de 35 minutos de arco, e antes do teste havia cerca de 25 minutos de arco de folga. 

Abri as unidades para ver o que está acontecendo lá dentro e o que causa a redução da precisão.

No acionamento cicloidal, havia marcas significativas de desgaste nos discos cicloidais. Tanto no perfil do disco cicloidal quanto nos orifícios de saída dos discos. Assim, à medida que os discos PLA se deformavam, eles reduziam significativamente a precisão da unidade. 

Na caixa planetária não notei muitos desgastes ou deformações.

Provavelmente há algumas deformações ou desgastes muito pequenos, talvez o desgaste das costuras e bolhas que aparecem ao imprimi-las em 3D. Então, uma vez que as costuras se desgastam, a folga aumenta.

Talvez se imprimirmos as engrenagens com tolerâncias ainda menores, ou fizermos com que elas se encaixem mais apertadas no início, mesmo ao custo de perder um pouco de eficiência, mas após o desgaste inicial, elas obterão a eficiência e a precisão corretas. 

Quanto ao acionamento por correia, podemos notar que há desgaste na parte traseira da correia, onde o mancal tensor empurra a correia.

Este problema pode ser facilmente resolvido usando uma roda intermediária adequada de 10 mm. Além disso, podemos sempre adicionar mais tensão às correias mesmo após algum uso para melhorar a precisão. Com as outras duas unidades, não há nada que possamos fazer para melhorar a precisão. Não podemos adicionar material a eles, ou não podemos tensionar nada.

Então, considerando tudo isso, o acionamento por correia teve o melhor desempenho.

E não só isso, também superou os outros dois drives em termos de peso, custo e facilidade de fabricação.

Outras comparações

O peso total do acionamento por correia incluindo o motor de passo era de cerca de 550g, da caixa de engrenagens planetárias em torno de 600g e do acionamento cicloidal em torno de 710g. Claro, o peso é muito importante se usarmos essas unidades como juntas de robôs.

Em termos de tamanho, o acionamento cicloidal é definitivamente o acionamento mais compacto, enquanto a caixa de engrenagens planetárias e o acionamento por correia são semelhantes, mas com configurações um pouco diferentes. 

Por outro lado, o acionamento cicloidal é o mais complexo ou difícil de montar, seguido do redutor planetário e do acionamento por correia como os mais fáceis de montar. Isso ocorre porque a transmissão por correia, na verdade, possui o menor número de componentes além das peças impressas em 3D.

Isso também afeta diretamente o custo de construção do drive. Esta unidade cicloidal que construí para este vídeo tem a maioria dos componentes além das peças da impressora 3D, pinos, buchas e rolamentos e custa cerca de US$ 28 para ser construída (sem incluir as peças impressas em 3D). Depois temos a caixa de engrenagens planetárias que custa cerca de US$ 23 e, por último, os acionamentos por correia que custam apenas 1/4 ou 1/3 disso, ou cerca de US$ 7,5.

Conclusão

Então, qual é o meu veredicto final. O que é melhor:uma transmissão cicloidal impressa em 3D, uma caixa de engrenagens planetárias ou uma transmissão por correia?

Bem, eu definitivamente evitaria o drive cicloidal, pois a única categoria melhor que os outros drives era em tamanho ou compacidade. 

Por outro lado, o redutor planetário e o acionamento por correia apresentaram desempenho muito semelhante, mas se devo escolher um vencedor entre todos os testes que fiz, esse deve ser o acionamento por correia. Teve o melhor desempenho em todas as categorias, precisão, eficiência e durabilidade, além de ser mais fácil e barato de construir.

Porém, não vou deixar este teste aqui, mas na verdade farei mais comparações de testes entre a caixa de engrenagens planetárias e o acionamento por correia em cenários reais, ou construirei dois braços robóticos, um empregando caixas de engrenagens planetárias e o outro empregando acionamentos por correia, e então veremos como eles funcionarão em situação real.