Elegir la unidad impresa en 3D ideal para su próximo proyecto de robótica

En esta comparación aprenderemos qué es mejor, una transmisión cicloidal impresa en 3D, una caja de cambios planetaria o una transmisión por correa. Los compararemos en varias categorías, mediremos su eficiencia o par de torsión, mediremos su precisión o reacción y veremos qué tan duraderos son. Además, los compararemos en términos de costo, tamaño, peso y cuán fáciles son de hacer. 

Puedes ver el siguiente vídeo o leer el tutorial escrito a continuación.

Descripción general

¿Por qué esta comparación? Bueno, el objetivo principal será comprender qué accionamiento o reductor de velocidad sería la mejor opción para una articulación robótica. En el siguiente período, diseñaré y fabricaré algunos brazos robóticos, por lo que con los resultados de esta comparación, yo y, en última instancia, usted, podremos elegir qué accionamiento o reductor de velocidad funcionará mejor para el diseño de su brazo robótico. 

Ya tengo videos dedicados en mi canal que explican en detalle qué son y cómo funcionan una transmisión cicloidal y una caja de cambios planetaria, así como también cómo diseñarlos, por lo que sugeriría ver esos videos para obtener más detalles. 

Aquí, en este artículo comparativo, solo echaremos un vistazo a los parámetros de entrada clave que definen el diseño de los controladores. 

Diseño

Accionamiento cicloidal

Empezaré por el accionamiento cicloidal. Al diseñar un accionamiento cicloidal, los principales parámetros de entrada son la relación de reducción que queremos conseguir, por supuesto, y el tipo o tamaño de los rodillos que utilizaremos.

Para esta construcción, como rodillos decidí utilizar casquillos con un diámetro interior de 6 mm y un diámetro exterior de 10 mm.

Estos casquillos son mucho más suaves que los casquillos que usé en mis construcciones anteriores, con un diámetro exterior de 8 mm, por lo que quería ver si puedo obtener un mejor rendimiento de la transmisión cicloidal con ellos. Sin embargo, estos casquillos de 10 mm tienen un precio, ya que el tamaño de los rodillos define directamente el tamaño de los discos cicloidales y de toda la transmisión. 

Ahora les mostraré cómo diseñé fácilmente la transmisión cicloidal usando Onshape, que también es el patrocinador de este video. Onshape es un sistema CAD y PDM de nivel profesional y ahora ofrece hasta 6 meses gratis de la versión profesional a ingenieros y sus empresas.

Es bastante fácil generar el disco cicloidal con la ayuda de la biblioteca Cycloidal Drive FeatureScripts personalizada en Onshape.

Sólo tenemos que introducir nuestros parámetros. El número de dientes del disco, la excentricidad y los diámetros de los rodillos o pasadores, tanto de los pasadores exteriores o de la corona como de los interiores o de los rodillos del eje de salida. A medida que ingresamos estos valores, el modelo 3D se actualiza, así como los demás parámetros, de los cuales debemos realizar un seguimiento y corregirlos más adelante si es necesario. El diámetro del círculo es la dimensión total del disco, y el objetivo es que sea lo más pequeño posible según nuestros parámetros de entrada fijos, el número de pines y sus dimensiones. 

El disco cicloidal es la parte más importante de la unidad y el resto de piezas están diseñadas en torno a él.

Por supuesto, hay muchos otros parámetros de entrada que contribuyen al diseño general del variador, como el tipo de motor, cómo nos gustaría accionar el eje de entrada, qué tipo de rodamientos tenemos disponibles para trabajar, la aplicación de la caja de cambios en sí, etc.

Caja de cambios planetaria

Echemos un vistazo ahora a la caja de cambios planetaria. En realidad, este es el mismo diseño de mi video anterior donde hablo en detalle sobre cómo diseñar una caja de cambios planetaria. Es una caja de cambios planetaria de dos etapas, con una reducción de 4:1 en cada etapa, para una relación total de 16:1.

Para un mejor rendimiento, en lugar de casquillos, aquí estoy usando rodamientos de bolas para los engranajes planetarios. Cada engranaje planetario tiene capacidad para dos rodamientos de bolas, por lo que podemos bloquear fácilmente el engranaje en su lugar y aceptar las fuerzas axiales que se producen ya que los engranajes son helicoidales.

Transmisión por correa

A continuación, echemos un vistazo a la transmisión por correa. Aquí también queremos la misma relación de reducción de 16:1 y podemos hacerlo fácilmente en dos etapas con una relación de 4:1.

Elegí usar una correa GT2 porque es la correa más popular y disponible y ofrece un gran rendimiento en términos de juego. Casi todas las impresoras 3D utilizan este tipo de correas. Tengo dos cinturones GT2 de bucle cerrado de 226 mm con 10 mm de ancho.

Ahora, para que estas correas funcionen, necesitamos poleas GT2 adecuadas. Nuevamente, usando una biblioteca FeatureScript personalizada en Onshape, podemos generar fácilmente las poleas GT2.

Aquí sólo tenemos que seleccionar el tipo de correa GT2, si es de 3M o 2M, o de 3 o 2mm de paso, e introducir el número de dientes que tendrá la polea. 

Configuré las poleas de entrada para que tuvieran 20 dientes y las poleas de salida, 80 dientes. La polea de salida de la primera etapa con 80 dientes es la polea de entrada con 20 dientes para la segunda etapa y se asienta sobre dos rodamientos de bolas.

El eje es un eje impreso en 3D de 6 mm con un perno M4 que lo atraviesa para hacerlo más fuerte. La polea de salida de la segunda etapa está sostenida por dos rodamientos de bolas, uno en el eje de entrada del motor y el otro en la carcasa.

Modelos 3D

Vea y explore los modelos 3D:

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

Transmisión por correa:https://bit.ly/3DZGIb7

Caja de cambios planetaria:https://bit.ly/3XGtTsZ

Esta sección aún está en construcción. Los archivos STL estarán disponibles pronto.

Impresión 3D

Utilicé la impresora 3D Creality K2 Plus para imprimir todas las piezas. Al imprimir en 3D, es esencial utilizar la función de expansión horizontal, o ahora en la nueva cortadora Creality Print, se llama compensación de contorno X-Y y compensación de orificios X-Y.

Si dejamos estos ajustes por defecto, probablemente las dimensiones de la impresión no saldrán exactamente iguales que en el modelo CAD y eso se debe a la expansión del filamento al imprimir en 3D. Los agujeros suelen salir más pequeños y los contornos más grandes.

Ahora bien, la cuestión clave es qué valores utilizar para estas dos configuraciones porque afectan directamente la precisión o el rendimiento de las unidades que estamos fabricando. De hecho, utilicé valores diferentes para cada parte, dependiendo del propósito de la misma.

Por ejemplo, al imprimir en 3D los discos cicloidales, utilicé valores de 0,12 mm para la compensación del orificio X-Y y –0,15 mm para el contorno. De esa manera obtuve los orificios por donde van los rodillos de salida en la dimensión correcta, así como el contorno del disco que necesitaba ser más pequeño para poder encajar en los rodillos de la corona.

Hice una lista de todos los valores que utilicé para cada parte. Lista de valores de expansión horizontal o compensación X-Y:

Parte Compensación de contorno Compensación de agujeros Accionamiento cicloidal Disco cicloidal-0,15 mm
-0,20 mm para un ajuste más holgado 0,10 mm
0,15 mm para un ajuste más holgadoCojinete excéntrico 0,07 mm0,03 Acoplador de eje 0,07 mm 0 mmCaja de engranajes planetarios Corona / carcasa0mm
-0,10 mm para un ajuste más holgado 0,05 mm Engranajes planetarios 0 mm
-0,05 mm para un ajuste más holgado 0,05 mm Portador/salida 0,07 mm – para encajar mejor con el rodamiento de salida 0,05 mm Transmisión por correa Poleas GT2-0,05 mm0,05 mm

Puede probar estos valores cuando imprima en 3D, pero es posible que necesite valores diferentes según su impresora 3D. Sólo puedes obtener estos valores correctamente haciendo algunas impresiones de prueba con valores diferentes. Más adelante verás en las pruebas comparativas cómo el ajuste de estos valores afecta el rendimiento de las unidades.

Por cierto, un agradecimiento a Creality por proporcionarme esta excelente impresora 3D. La Creality K2 Plus es en realidad una de las mejores impresoras 3D que he usado. Consulta mi reseña detallada del Creality K2 Plus. Además, compruébalo en: Tienda Creality USA ; Tienda Creality UE; Amazon.

Montaje de las unidades

Muy bien, aquí están todas las piezas impresas en 3D y otros componentes necesarios para ensamblar los tres reductores de velocidad.

Como podemos observar, la transmisión por correa es la que tiene el menor número de piezas, y en cambio para la transmisión cicloidal necesitamos bastantes más componentes como los pasadores y los casquillos. La caja de cambios planetaria está en algún punto intermedio.

Lista de materiales

Aquí hay una lista completa de todos los componentes necesarios para estas transmisiones, como casquillos, correas, cojinetes, pernos y tuercas.

Componente Cantidad Enlaces de compra Accionamiento cicloidal Pasadores D-6 mm, L-30 mm 16Amazon | AliExpress Pasadores D-6 mm, L-24 mm/25 mm6Amazon | AliExpress Bujes ID6mm OD10mm L16mm o 2xL8mm22Amazon | AliExpress Rodamiento De Bolas 35x47x7 68071Amazon  | Aliexpress Rodamiento De Bolas 17x26x5mm 68033Amazon  | Aliexpress Rodamiento de bolas 12x21x5mm 68011Amazon  | Aliexpress M3x10mm avellanado
M3x10mm4
6Amazon  | Aliexpress Caja de cambios planetaria Pasadores D-6mm, L-226Amazon | AliExpress Rodamiento De Bolas 35x47x7 68071Amazon  | Aliexpress Rodamiento de bolas 15x24x5 68022Amazon  | Aliexpress Rodamiento de bolas 6x13x5mm 68612Amazon  | Aliexpress M3x10mm
M3x10mm avellanado6
4Amazon  | Aliexpress Transmisión por correa Correa GT2 226mm2Amazon  | Aliexpress Rodamiento De Bolas 35x47x7 68071Amazon  | Aliexpress Rodamiento de bolas 15x24x5 68021Amazon  | Aliexpress Rodamiento de bolas 6x13x5mm 6862Amazon  | Aliexpress M3x10mm
M3x8mm
M3x16mm avellanado
M3x25mm avellanado4
4
2
2Amazon  | Aliexpress Otro Tornillos prisioneros M3Amazon  | Aliexpress Tuercas M3 / M4Amazon  | Aliexpress

Ahora lo guiaré rápidamente a través del proceso de ensamblaje de estas unidades.

Conjunto de transmisión por correa

Para montar la transmisión por correa, primero debemos insertar la polea de salida final en su lugar a través del rodamiento de bolas en la carcasa.

Luego necesitamos instalar el rodamiento de bolas dentro de la polea de salida, donde irá la primera polea de entrada. Esta polea de entrada primero debe fijarse al motor paso a paso, y para ello hice dos ranuras para insertar tuercas M3, y luego, usando tornillos prisioneros M3, podemos asegurar firmemente la polea en su lugar.

La polea debe permanecer 2 mm por encima del motor paso a paso. 

Antes de insertar el paso a paso, debemos insertar los dos cinturones.

Luego podemos asegurar el paso a paso a la carcasa usando unos tornillos M3. Como quería que el disco fuera lo más compacto posible, asegurar estos tornillos solo fue posible con unos alicates estrechos.

No es nada conveniente, pero el objetivo también era ser lo más resistente posible para obtener el mejor rendimiento. 

A continuación, podemos introducir la polea intermedia y enrollar las dos correas alrededor de ella. Esta polea acomodará dos rodamientos de bolas con un pequeño anillo distanciador entre ellos.

Luego podemos insertar el eje de la polea. Es un eje hueco de 6 mm impreso en 3D que se reforzará con un perno M4.

Aquí, por ejemplo, podemos usar solo un perno M6 en lugar de este, pero de esa manera, no tendríamos una conexión tan apretada porque el diámetro exterior de los pernos M6 es de aproximadamente 5,8 mm, y con el eje impreso en 3D podemos hacerlo exactamente de 6 mm o 5,95 mm para atravesar perfectamente los rodamientos.  

En la parte inferior debemos insertar un anillo distanciador sobre el que se asentará el rodamiento de bolas.

Luego podemos estirar las correas e insertar el eje completamente a través de los cojinetes y dentro del otro lado de la carcasa. Luego podemos insertar el perno M4 a través de él y asegurar todo en su lugar con una tuerca M4. Y listo, la transmisión por correa está lista, funciona.

Las correas están bastante apretadas pero para un mejor control y rendimiento deberíamos añadirles tensores. Hice los tensores de correa con la ayuda de un rodamiento de bolas con un diámetro exterior de 13 mm, que está sujeto a un pequeño soporte con unos tornillos y tuercas M3.

Podemos empujar este soporte contra la correa para tensarla y luego apretar el perno. Es un mecanismo bastante simple que funciona perfectamente. 

Por último, podemos asegurar la cubierta de la unidad con algunos pernos y tuercas M3 y agregar inserciones roscadas al eje de salida para sujetarle cosas.

Eso es todo, la transmisión por correa está lista y, a primera vista, al intentar mover el eje de salida con la mano parece que no hay ningún juego.

Accionamiento cicloidal

Ahora echemos un vistazo a la construcción de la unidad cicloidal. Como mencioné, ya tengo videos detallados sobre cómo construir una transmisión cicloidal y una caja de cambios planetaria, así que aquí solo diré algunas palabras sobre ellos. 

Al ensamblar la unidad cicloidal, tuve el problema de que no podía insertar el segundo disco en su lugar, aunque seguí todas las reglas, lo coloqué desfasado 180 grados y verifiqué todas las dimensiones.

Entonces me di cuenta de que el problema era la relación de reducción. Un variador cicloidal debe tener un número impar de relación para poder funcionar correctamente. En mis videos anteriores ya hice tres diseños diferentes de transmisiones cicloidales, pero su relación de reducción fue un número impar por casualidad, por lo que me perdí el hecho de que para hacer una transmisión cicloidal que funcione correctamente con dos discos cicloidales, es necesario tener un número impar de dientes o lóbulos en los discos.

Puedes consultar los artículos de diseños anteriores a continuación.

• ¿Qué es el controlador cicloidal? Diseño, impresión 3D y pruebas
• Accionamiento cicloidal mecanizado por CNC frente a impreso en 3D:diseño y pruebas
• Accionamiento armónico frente a cicloidal:prueba de par, juego y desgaste

Tener un número impar de relación de reducción significó que tuve que cambiar el número de dientes a 15 y el número de rodillos de la corona a 16 y volver a imprimir la carcasa y los discos.

Ahora pude instalar los dos discos cicloidales correctamente y terminar todo el montaje.

Prueba de reacción

Muy bien, aquí tengo las tres unidades listas y ahora podemos echar un vistazo a las pruebas comparativas.

Comenzaré probando la precisión o la reacción.

Caja de cambios planetaria

Aquí está primero la caja de cambios planetaria. Aquí estoy probando su repetibilidad y muestra buenos resultados. La barra vuelve a su lugar en 1/100 de mm a una distancia de 20 cm.

Pero, por supuesto, cuando se le aplica una fuerza, la reacción se vuelve notable. La barra juega un par de mm hacia arriba y hacia abajo a esa distancia. Al moverlo con la mano, se siente como si hubiera un juego libre en la salida sin ninguna resistencia. 

Para expresar la reacción en su unidad típica, minutos de arco, debemos hacer lo siguiente. Deberíamos medir el desplazamiento en ambas direcciones, mientras aplicamos una carga de alrededor del 1-2% de la capacidad de par nominal de la caja de cambios.

Al probar el par de la caja de cambios, obtuve una lectura máxima de alrededor de 32 N a una distancia de 10 cm, así que supongo que para probar el juego deberíamos aplicar una carga de alrededor de 0,5 N, pero hagámosla de 2 N a una distancia de 20 cm. Con esta carga conseguí un desplazamiento de unos 2,9 mm en una dirección y 0,75 mm en la otra dirección. 

Para expresar estas medidas en unidades de juego, minutos de arco, primero podemos calcular el ángulo de desplazamiento, alfa.

Lo hacemos con la ayuda de algo de trigonometría simple y el ángulo resulta ser de alrededor de 1 grado. Un minuto de arco es 1/60 de grado. Entonces, la reacción de esta caja de cambios planetaria impresa en 3D es de alrededor de 60 minutos de arco.  

Déjeme saber en los comentarios si sabe si esa es la forma correcta de tomar las medidas y calcular la reacción. Incluso si no es 100% correcto, usaremos el mismo método para expresar la reacción de cada unidad para que al final tengamos resultados comparables.

Ahora, como mencioné anteriormente, dependiendo de qué tan apretado o perdido esté el engranaje de los dientes, la caja de cambios debería proporcionar un resultado diferente. Y aquí hay una confirmación de eso. En la primera prueba, la corona de la caja de cambios se imprimió con una expansión horizontal de –0,15 mm y los engranajes planetarios con –0,05 mm.

Ahora reemplacé la corona con una expansión horizontal de 0 mm, lo que hizo un ajuste más ajustado. Ahora la caja de cambios mostró una reacción de alrededor de 50 minutos de arco.

Esto supone unos resultados un 15% mejores, e incluso se puede sentir con la mano que la caja de cambios ahora tiene menos juego. 

Para mejorar aún más el juego, imprimí los engranajes planetarios también con una expansión horizontal de 0 mm, y nuevamente obtuve mejores resultados, alrededor de 30 minutos de arco.

Entonces, desde los 60 minutos de arco iniciales, mejoramos el juego de la caja de cambios a 30 minutos de arco.

Sin embargo, tenga en cuenta que en el proceso de diseño en sí, al generar los engranajes con el FeatureScript personalizado en Onshape, agregué un juego o desplazamiento de 0,1 mm a los engranajes.

Por eso puedo imprimirlos con una expansión horizontal de 0 mm y aún así poder ensamblarlos correctamente y obtener buenos resultados. Eso significa que podemos aumentar aún más el juego y eliminar ese desplazamiento de 0,1 mm al generar los engranajes, pero creo que si hacemos eso, no podremos ensamblar los engranajes en absoluto, o tal vez podamos ensamblarlos, pero perderán eficiencia o incluso se atascarán por completo. Ese comportamiento lo veremos en un momento en el test de eficiencia o de par.

Accionamiento cicloidal

Sin embargo, ahora echemos un vistazo al rendimiento del juego del disco cicloidal.  En términos de repetibilidad, mostró peores resultados. La barra retrocedía en varios puntos dentro de 1/10 de mm.

En cuanto al juego, calculé un valor de alrededor de 60 minutos de arco. Lo mismo ocurre en el peor de los casos con la caja de cambios planetaria. Sin embargo, aquí, al moverlo con la mano, no parecía que hubiera un juego libre, pero hubo algo de resistencia de inmediato.

Para esta prueba, los discos cicloidales se imprimieron con una expansión horizontal de –0,15 mm y, al ensamblarlos, quedaron bastante apretados. Entonces, intenté imprimirlos con una expansión horizontal de –0,2 mm y una expansión de orificio de +0,2 mm, porque la precisión de los 6 orificios de salida en el disco cicloidal también contribuye al rendimiento de la unidad.

Entonces, con un ajuste más flojo de los discos, los resultados fueron mucho peores, alrededor de 150 minutos de arco y había un juego libre del eje al moverlo con la mano.

Transmisión por correa

Bien, a continuación echemos un vistazo a cómo funcionó la transmisión por correa. La repetibilidad parece ser bastante buena, dentro de 1/100 de mm a una distancia de 20 cm. Pero también podemos notar que hay un exceso. La barra sube hasta 0,04 mm y vuelve a 0,03.

Al probar el juego, calculé un valor de alrededor de 45 minutos de arco.

Es un buen resultado en comparación con las otras dos transmisiones, pero aquí con la transmisión por correa también tengo la posibilidad de controlar la tensión de la correa y con eso tal vez mejorar el juego.

Tensé el cinturón un poco más y ahora el juego se redujo a unos 25 minutos de arco.

Por lo tanto, la transmisión por correa dio los mejores resultados de las tres transmisiones en términos de juego.

Prueba de par/eficiencia

Accionamiento cicloidal

Bien, ahora comparemos su eficiencia o par motor. Empezaré por el accionamiento cicloidal. A una distancia de 10 cm, obtuve una lectura de alrededor de 16 N, o eso es un par de alrededor de 160 N cm.

En comparación con el torque que mostró el motor paso a paso sin el variador, alrededor de 18 Ncm, eso es un aumento de torque de aproximadamente 9 veces.

Esto supone una baja eficiencia del propulsor, de apenas alrededor del 60%. La relación de reducción de esta transmisión es de 15:1 y, en condiciones ideales, deberíamos obtener un aumento de par 15 veces mayor, pero obtuvimos alrededor del 60% de eso. Eso es así porque supongo que hay mucha fricción en la transmisión, o una alta resistencia ya que los discos cicloidales encajan bastante apretados. 

Si comparamos eso con los discos cicloidales que tenían un ajuste más holgado, obtuve una lectura de alrededor de 18 N o 180 N cm.

Eso es como un 10% más de eficiencia, pero aún así no es excelente, solo alrededor del 66% de eficiencia. Además de eso, el juego con los discos cicloidales más sueltos era enorme, totalmente inutilizable para ningún trabajo de precisión.

Caja de cambios planetaria

Echemos un vistazo ahora a la eficiencia de la caja de cambios planetaria. A una distancia de 10 cm, obtuve una lectura de alrededor de 36 N, o eso es un par de alrededor de 350 N cm.

Estos resultados me sorprendieron un poco, porque en comparación con el par que mostró el motor paso a paso sin el variador, en este caso alrededor de 23 Ncm, eso es un aumento de par de alrededor de 15 veces. Esta caja de cambios tiene una relación de reducción de 16:1, por lo que su eficiencia ronda entre el 90 y el 95%. Sin embargo, esta prueba se realizó con los engranajes con ajuste más flojo, donde había un pequeño juego del eje al moverlo con la mano. 

Pero aquí están los otros dos casos que probé, con ajustes más ajustados de los engranajes.

Obtuve una salida de torque de alrededor de 310 Ncm con una corona dentada impresa en 3D con una expansión horizontal de 0 mm, o eso es alrededor del 84 % de eficiencia.

Y con un ajuste aún más ajustado de los engranajes, con todos los engranajes planetarios impresos en 3D con una expansión horizontal de 0 mm, una salida de torque de alrededor de 290 Ncm, o eso es un 78% de eficiencia. Aun así, es un resultado muy bueno para una caja de cambios impresa en 3D.

Transmisión por correa

Por último, echemos un vistazo a la eficiencia de la transmisión por correa.

En esta primera prueba con las correas un poco más flojas, obtuve una lectura de alrededor de 260 Ncm, lo que representa una eficiencia de alrededor del 70%, ya que este paso a paso tenía un torque de alrededor de 23 Ncm sin la transmisión.  Sin embargo, en este caso el problema era que la correa saltaba en la polea de entrada más pequeña de la segunda etapa, en lugar del propio paso a paso.

Con la correa mejor tensada, el par de salida fue de alrededor de 360 Ncm, es decir, una eficiencia de entre el 95 y el 97 %.

Eso es realmente impresionante. La transmisión por correa resultó ser la más eficiente, así como la de mejor desempeño en términos de juego.

Pero antes de llegar a una conclusión sobre qué unidad impresa en 3D es la mejor, echemos un vistazo a algunas comparaciones más.

Prueba de durabilidad

Intenté hacer una prueba de durabilidad haciendo funcionar las unidades durante un período de tiempo más largo, con algo de peso sobre ellas.

Utilicé algunos motores de CC como peso e hice que las unidades giraran con un cambio repentino en la dirección de rotación para agregarles más tensión. 

Después de aproximadamente 2 horas, el accionamiento cicloidal falló. Ya no podía mover la carga. La transmisión por correa y la caja planetaria continuaron durante 8 horas más con los mismos movimientos, y estaban bien. Después de esta prueba de durabilidad, probé nuevamente su juego. 

El accionamiento cicloidal perdió totalmente su precisión. Había como 10 mm de juego libre a una distancia de 20 cm.

La caja de cambios planetaria también introdujo un juego libre en el eje de salida, que antes no existía. Estaba usando los engranajes con el ajuste más ajustado para esta prueba de durabilidad. En la unidad de reacción, pasó de unos 30 minutos de arco antes de la prueba a 60 minutos de arco después de la prueba. 

Y la transmisión por correa, después de la prueba de durabilidad mostró un juego de alrededor de 35 minutos de arco, y antes de la prueba hubo alrededor de 25 minutos de arco de juego. 

Abrí las unidades para ver qué estaba pasando en el interior y qué causa la reducción de precisión.

En el accionamiento cicloidal se apreciaban importantes marcas de desgaste en los discos cicloidales. Tanto en el perfil del disco cicloidal como en los orificios de salida de los discos. Entonces, a medida que los discos PLA se deformaron, redujeron significativamente la precisión de la unidad. 

En la caja planetaria no noté mucho desgaste ni deformaciones.

Probablemente haya algunas deformaciones o desgastes muy pequeños, quizás el desgaste de las costuras, burbujas que aparecen al imprimirlas en 3D. Entonces, una vez que las costuras se desgastan, el juego aumenta.

Tal vez si imprimimos los engranajes con tolerancias aún más pequeñas, o los hacemos ajustar más al principio, incluso a costa de perder algo de eficiencia, pero después del desgaste inicial, obtendrán la eficiencia y precisión adecuadas. 

En cuanto a la transmisión por correa, podemos notar que hay desgaste en la parte trasera de la correa, donde el cojinete tensor empuja la correa.

Este problema se puede resolver fácilmente utilizando una rueda guía adecuada de 10 mm. Además, siempre podemos añadir más tensión a las correas incluso después de algún uso para mejorar la precisión. Con los otros dos accionamientos no podemos hacer nada para mejorar la precisión. No podemos añadirles material, ni podemos tensar nada.

Entonces, considerando todo esto, la transmisión por correa resultó ser la que mejor desempeño tuvo.

Y no sólo eso, también superó a los otros dos en términos de peso, coste y facilidad de fabricación.

Otras comparaciones

El peso total de la transmisión por correa, incluido el motor paso a paso, era de unos 550 g, la caja de cambios planetaria de unos 600 g y la transmisión cicloidal de unos 710 g. Por supuesto, el peso es muy importante si utilizamos estos accionamientos como articulaciones de robots.

En términos de tamaño, la transmisión cicloidal es definitivamente la más compacta, mientras que la caja de cambios planetaria y la transmisión por correa son similares pero con una configuración un poco diferente. 

Por otro lado, la transmisión cicloidal es la más compleja o difícil de montar, seguida de la caja planetaria y la transmisión por correa como las más sencillas de montar. Esto se debe a que la transmisión por correa en realidad tiene la menor cantidad de componentes aparte de las piezas impresas en 3D.

Esto también afecta directamente el coste de construcción del variador. Esta unidad cicloidal que construyo para este video tiene la mayor cantidad de componentes además de las piezas, pasadores, casquillos y cojinetes de la impresora 3D, y su construcción cuesta alrededor de $28 (no incluye las piezas impresas en 3D). Luego tenemos la caja de cambios planetaria que cuesta alrededor de $23, y por último las transmisiones por correa que cuestan sólo 1/4 o 1/3 de eso, o alrededor de $7,5.

Conclusión

Entonces, ¿cuál es mi veredicto final? ¿Qué es mejor, una transmisión cicloidal impresa en 3D, una caja de cambios planetaria o una transmisión por correa?

Bueno, definitivamente evitaría la unidad cicloidal, ya que la única categoría que era mejor que las otras unidades era su tamaño o compacidad. 

Por otro lado, la caja de cambios planetaria y la transmisión por correa mostraron un rendimiento muy similar, pero si tengo que elegir un ganador de todas las pruebas que hice, esa debe ser la transmisión por correa. Obtuvo el mejor rendimiento en todas las categorías:precisión, eficiencia y durabilidad, además de ser el más fácil y económico de construir.

Sin embargo, no dejaré esta prueba aquí, sino que haré más comparaciones de prueba entre la caja de cambios planetaria y la transmisión por correa en escenarios reales, o construiré dos brazos robóticos, uno que emplea cajas de cambios planetarias y el otro que emplea transmisiones por correa, y luego veremos cómo se comportan en una situación real.