Гармонический привод HONPINE HAG: высокопроизводительное управление движением роботизированного шарнира со встроенным приводом и функцией STO

Современные роботизированные шарниры требуют большего, чем просто прецизионный редуктор. По мере того, как промышленные роботы, коллаборативные роботы, человекоподобные роботы и интеллектуальные системы автоматизации становятся все более компактными и динамичными, приводы шарниров роботов должны сочетать в себе высокую точность позиционирования, быструю реакцию, компактную интеграцию, надежную обратную связь и функциональную безопасность в единой системе движения.

Гармонический актуатор HONPINE HAG разработан для роботизированного управления движением нового поколения. Он объединяет высокоточный гармонический редуктор, бескаркасный моментный двигатель, высокоточные энкодеры и встроенный сервопривод в одном компактном актуаторе шарнира робота. Дополнительные функции безопасного отключения крутящего момента (STO) и торможения обеспечивают дополнительные возможности безопасности для применений, где требуется контролируемое отключение крутящего момента и удержание нагрузки.

Благодаря поддержке EtherCAT, CANopen, CAN-FD и RS485 Modbus, HAG предоставляет комплексную платформу управления движением для робототехники и промышленной автоматизации.

Что такое гармонический актуатор HONPINE HAG?

Гармонический актуатор HAG — это интегрированный роботизированный привод, объединяющий в одном устройстве основные компоненты, необходимые для точного вращательного движения.

Вместо использования отдельного редуктора крутильных колебаний, двигателя, энкодера и внешнего сервопривода, компания HAG интегрирует эти компоненты в компактное решение для шарнирного соединения робота.

Интегрированная архитектура включает в себя:

• Высокоточная гармоническая передача

• Бескаркасный моментный двигатель

• 20-битный высокоскоростной энкодер

• 19-битный кодировщик на выходе

• Встроенный сервопривод

• Опциональное СТО

• Дополнительный тормоз

• Полый вал

Множественные промышленные коммуникационные интерфейсы

Такая интегрированная конструкция снижает потребность в отдельных внешних приводных компонентах и упрощает механическую и электрическую интеграцию роботизированных шарниров.

Для производителей роботов результатом является более компактная архитектура управления движением с меньшим количеством внешних компонентов и более прямым доступом к функциям управления положением, скоростью и током шарнира.

Почему интегрированные гармонические актуаторы важны для современных роботов?

Традиционные конструкции шарнирных соединений роботов часто требуют установки и отдельного соединения множества компонентов. Двигатель, редуктор, энкодер и сервопривод могут занимать разные участки робота и требовать дополнительных кабелей и разъемов.

По мере того как шарниры роботов становятся меньше и сложнее, такой подход может создавать проблемы в следующих областях:

• Место установки

• Прокладка кабелей

• Терморегулирование

• Электрическая интеграция

• Ввод системы в эксплуатацию

• Конфигурация управления движением

Интегрированный гармонический привод решает эти проблемы, объединяя ключевые компоненты движения в одном блоке.

Архитектура HAG особенно актуальна для человекоподобных роботов, коллаборативных роботов, промышленных роботизированных манипуляторов и компактных систем автоматизации, где доступное пространство для суставов ограничено, а динамические характеристики движения имеют важное значение.

Двусторонняя высокоточная обратная связь для управления движением с обратной связью

Одной из отличительных особенностей гармонического актуатора HAG является его высокоточная конфигурация энкодера.

В системе HAG используется 20-битный энкодер на высокоскоростной стороне и 19-битный энкодер на выходной стороне. Такая двухсторонняя архитектура обратной связи предоставляет системе управления подробную информацию как о движении со стороны двигателя, так и со стороны выходного сигнала.

Почему это важно?

Шарнир робота должен знать не только направление вращения двигателя, но и точную информацию о фактическом движении после редуктора.

Обратная связь на выходе может помочь системе управления отслеживать фактическое положение сустава и компенсировать ошибки движения внутри системы управления.

Это особенно ценно для робототехнических приложений, требующих:

• Точное позиционирование

• Повторяющееся движение

• Плавное изменение направления

• Динамическое управление траекторией

• Стабильная работа при изменяющихся нагрузках.

Сочетание высокоточной обратной связи и гармонической передачи позволяет HAG функционировать как полноценная замкнутая роботизированная система управления движением, а не просто как комбинация двигателя и редуктора.

Высокоточная гармоническая передача для роботизированных суставов

Механизм гармонической передачи является ключевым элементом актуатора HAG.

Технология гармонических зубчатых передач широко используется в роботизированных шарнирах, поскольку она обеспечивает высокие передаточные числа, компактные размеры, высокую точность позиционирования и низкий люфт.

Для робототехнических приложений эти характеристики важны, поскольку редуктор напрямую влияет на взаимосвязь между вращением двигателя и движением шарниров.

Компания HAG объединила гармоническую передачу с бескаркасным моментным двигателем и интегрированной управляющей электроникой, создав компактный поворотный привод, оптимизированный для роботизированных движений.

Такая архитектура может помочь разработчикам роботов добиться высокого уровня точности движений без установки обычного внешнего сервопривода рядом с каждым шарниром.

Интегрированная архитектура привода снижает сложность системы.

Сервопривод интегрирован в основание актуатора HAG.

Это важное отличие между HAG и традиционными архитектурами гармонических актуаторов, использующими внешний драйвер.

Благодаря интеграции привода в исполнительный механизм, конструктор робота может уменьшить количество отдельно устанавливаемых компонентов и упростить электрические соединения вокруг шарнира.

К преимуществам могут относиться:

Более компактная системная архитектура:

Для установки накопителя отдельное место не требуется.

Упрощенная схема подключения:

Меньшее количество внешних соединений может помочь упростить кабельную разводку.

Упрощенная интеграция системы:

Двигатель, гармонический преобразователь, энкодер и привод объединены в единый блок управления движением.

Уменьшенное пространство для установки:

Интегрированная конструкция подходит для компактных роботизированных шарниров.

Для человекоподобных роботов и других роботизированных платформ с ограниченным пространством эти характеристики могут быть особенно ценными.

STO для более безопасного управления движением робота

Безопасность приобретает все большее значение по мере того, как роботы работают в непосредственной близости от людей и внедряются в медицинской, лабораторной, производственной и интеллектуальной сферах.

Гармонический актуатор HAG может быть оснащен функцией STO (Safe Torque Off).

Функция STO — это защитная функция, предназначенная для предотвращения генерации крутящего момента двигателем путем отключения способности привода к созданию крутящего момента. Важно отметить, что функция STO не полагается просто на обычную программную команду для остановки двигателя.

Для системы, обеспечивающей безопасность, входной сигнал STO должен поддерживаться в требуемом безопасном состоянии, прежде чем можно будет восстановить нормальное формирование крутящего момента. Эта функция разработана таким образом, что ее нельзя просто обойти с помощью обычной программной отладки.

Это обеспечивает дополнительный аппаратный уровень безопасности для приложений, где важно предотвратить непреднамеренный крутящий момент двигателя.

Как работает система STO в приводе HAG?

При срабатывании функции STO выходной крутящий момент двигателя привода немедленно отключается.

Однако для соединений с вертикальной или гравитационной нагрузкой одного лишь тормозного момента двигателя может быть недостаточно для предотвращения перемещения механической нагрузки.

По этой причине HAG также может быть оснащен тормозом.

При срабатывании STO тормоз может использоваться для удержания соединения и снижения риска падения груза под действием силы тяжести. После подтверждения системой соответствующего безопасного состояния тормоз может быть разблокирован через систему управления и интерфейс связи, если это разрешено архитектурой безопасности приложения.

Эта комбинация выполняет две разные функции:

• STO: предотвращает создание крутящего момента двигателем.

• Тормоз: помогает механически удерживать груз при необходимости.

Эти функции должны быть интегрированы в общую архитектуру безопасности оборудования в соответствии с применимыми стандартами безопасности и оценкой рисков, проведенной производителем.

Почему функции STO и торможения важны в медицинских и высокозащищенных областях применения?

Роботизированные приводы, используемые в медицинском оборудовании, лабораторной автоматизации, системах совместной работы и других системах взаимодействия человека с оборудованием, могут потребовать дополнительных мер для контроля непреднамеренных движений.

Рассмотрим шарнир робота, поддерживающий вертикальную нагрузку. Если крутящий момент двигателя снять без соответствующего удерживающего механизма, сила тяжести может привести к перемещению нагрузки.

Тормоз может обеспечивать механическое удержание, а система STO может отключать генерацию крутящего момента двигателем.

Благодаря этому сочетание STO + тормоза + высокоточной обратной связи особенно полезно в рамках ориентированной на безопасность архитектуры управления движением.

Однако наличие STO на приводе не гарантирует автоматическую сертификацию всего робота или медицинского устройства по стандартам безопасности.

Итоговый уровень безопасности зависит от всей системы в целом, включая контроллер безопасности, проводку, механический тормоз, оценку рисков, архитектуру программного обеспечения и применимые стандарты.

EtherCAT, CANopen, CAN-FD и Modbus для гибкой интеграции.

Приводы шарниров робота должны надежно взаимодействовать с контроллером робота.

HAG поддерживает множество промышленных коммуникационных интерфейсов, в том числе:

• EtherCAT с CiA 402

• CANopen with CiA 402

• CAN-FD

• RS485 Modbus

Это позволяет интегрировать HAG в различные архитектуры робототехники и автоматизации.

Для многоосевых роботизированных систем, требующих синхронизированного движения и управления в реальном времени, EtherCAT представляет собой подходящую коммуникационную платформу.

CANopen и CAN-FD могут использоваться в различных архитектурах распределенного управления движением, а RS485 Modbus предоставляет еще один вариант для интеграции в промышленное оборудование.

HAG также поддерживает два цифровых входа и выхода 24 В и аналоговый интерфейс ±10 В, что обеспечивает дополнительную гибкость для управления на уровне оборудования.

Несколько режимов движения для различных стратегий управления роботом.

Высокопроизводительный шарнир робота должен обеспечивать не только базовое управление положением.

HAG поддерживает несколько режимов работы, в том числе:

• Режим позиционирования профиля

• Режим скорости профиля

• Профиль режима крутящего момента

• Циклическое синхронное положение

• Циклическая синхронная скорость

• Циклический синхронный ток

• Аналоговое управление

• Режим поиска

Эти режимы управления позволяют адаптировать исполнительный механизм к различным архитектурам роботов и требованиям управления движением.

Например, циклические синхронные режимы могут использоваться в современных сетевых системах управления движением, а профильные режимы могут упростить команды управления движением для конкретных задач автоматизации.

Благодаря такой гибкости HAG подходит как для разработки роботизированных суставов, так и для промышленного оборудования управления движением.

Ввод в эксплуатацию USB-порта и мониторинг параметров в реальном времени.

Разработка высокопроизводительного шарнира для робота — это не только вопрос аппаратной части. Эффективная пусконаладка и настройка параметров имеют не меньшее значение.

HAG предоставляет интерфейс отладки по USB, который позволяет инженерам получать доступ к важной управляющей информации и отслеживать состояние привода.

Инженеры могут работать с контурами управления положением, скоростью и током, а также настраивать параметры ПИД-регулятора во время ввода в эксплуатацию.

Это может помочь сократить время разработки при оптимизации характеристик приводов для различных механизмов роботов, полезных нагрузок и профилей движения.

Усовершенствованная инерционная идентификация для переменных нагрузок

Шарниры роботов часто работают в условиях изменяющейся нагрузки.

Роботизированная рука может переносить различные инструменты или заготовки, в то время как человекоподобный робот может испытывать постоянно меняющиеся нагрузки на суставы в зависимости от изменения его положения тела.

Система HAG включает в себя усовершенствованную систему идентификации инерции для повышения адаптации к переменным условиям нагрузки.

Выявляя изменения механической нагрузки, система управления может лучше адаптировать параметры управления движением к реальным условиям эксплуатации.

Эта возможность может быть особенно полезна в робототехнических приложениях, где полезная нагрузка и динамика суставов часто меняются.

Комплексная защита для промышленных предприятий

Система HAG включает в себя множество защитных функций для обеспечения надежной работы в промышленных условиях.

К функциям защиты относятся:

• Защита от перенапряжения

• Защита от пониженного напряжения

• Защита от перегрузки по току

• Защита от перегрева

• Защита от ошибок отслеживания

• Защита от ошибок синхронизации

• защита от сбоев связи

• СТО

Исполнительный механизм также разработан для работы в промышленных условиях, обладает виброустойчивостью, высокими изоляционными характеристиками и степенью защиты до IP40 в зависимости от конфигурации.

Эти функции помогают защитить исполнительный механизм и всю систему управления движением от распространенных электрических, тепловых, коммуникационных и управляющих неисправностей.

Конструкция с полым валом для упрощения прокладки кабеля.

Конструкция HAG включает в себя полый вал, что обеспечивает дополнительную гибкость при внутренней прокладке кабелей.

Кабели и другие компоненты можно прокладывать через полую часть привода, а не размещать их полностью по периметру шарнира.

В случае роботизированных манипуляторов и человекоподобных роботов внутренняя прокладка кабелей может помочь уменьшить видимость внешних кабелей и обеспечить более аккуратную механическую интеграцию.

Полая конструкция может быть особенно полезна для соединений, где пространство ограничено, а прокладка кабелей является важной частью механической конструкции.

Где можно использовать гармонический актуатор HAG?

Сочетание гармонической передачи, высокоточной обратной связи, интегрированной электроники управления, интерфейсов связи и дополнительных функций безопасности делает HAG подходящим для широкого спектра применений в области точного перемещения.

Промышленные роботы

HAG может использоваться в качестве привода шарнира робота для роботизированных манипуляторов, требующих точного и повторяемого вращательного движения.

Коллаборативные роботы

Интегрированная архитектура может помочь уменьшить количество внешних компонентов вокруг шарнира и способствовать созданию компактных конструкций для совместной работы роботов.

Гуманоидные роботы

Гуманоидным роботам необходимы компактные, легкие и высокоэффективные системы суставов, способные к динамичным и скоординированным движениям.

Интегрированная архитектура HAG позволяет объединить функции двигателя, гармонической передачи, энкодера и привода в одном компактном корпусе.

Автоматизация медицинских и лабораторных процессов

Для автоматизированного медицинского и лабораторного оборудования дополнительные функции STO и торможения могут обеспечить дополнительные возможности проектирования с точки зрения безопасности, где требуется контролируемое отключение крутящего момента и удержание нагрузки.

Окончательная проверка системы безопасности всегда должна проводиться на уровне всего оборудования.

Промышленная автоматизация

Благодаря поддержке EtherCAT, CANopen, CAN-FD и Modbus, HAG может быть интегрирован в передовые системы промышленной автоматизации и многоосевого управления движением.

Гармонический актуатор HAG против традиционной архитектуры внешнего привода

Главное отличие системы HAG от обычной системы гармонического привода заключается в уровне интеграции.

Традиционная архитектура может потребовать:

Двигатель + Регулятор гармоник + Энкодер + Внешний сервопривод + Дополнительная проводка

HAG объединяет ключевые компоненты управления движением в следующие компоненты:

Гармоническая передача + Бескаркасный моментный двигатель + Двусторонние энкодеры + Встроенный привод

Дополнительные функции STO и торможения могут еще больше расширить возможности исполнительного механизма для применения в системах, ориентированных на безопасность.

Такой комплексный подход позволяет снизить сложность системы и предоставить производителям роботов более компактную основу для проектирования высокопроизводительных роботизированных шарниров.

HONPINE HAG: Больше, чем просто гармонический редукторный двигатель

Традиционный гармонический редукторный двигатель в первую очередь предназначен для преобразования скорости вращения в управляемый вращательный момент.

Гармонический актуатор HAG идет еще дальше, объединяя механическую трансмиссию, двигатель, систему обратной связи, электронику управления, интерфейсы связи и дополнительные функции безопасности в одном роботизированном актуаторе.

Благодаря этому HAG особенно подходит для инженеров, которым нужен полноценный привод для шарниров робота, а не отдельный гармонический редуктор.

Его сочетание:

• 20-битная высокоскоростная обратная связь

• 19-битная обратная связь на выходе

• Встроенный сервопривод

• Высокоточная гармоническая передача

• СТО и опциональный тормоз

• Полый вал

• EtherCAT / CANopen / CAN-FD / Modbus

• Расширенная идентификация инерции

• Многофункциональные защитные функции

закладывает основу для разработки компактных, точных, быстродействующих и безопасных роботизированных систем перемещения.

Часто задаваемые вопросы о гармонических актуаторах

Что такое гармонический актуатор?

Гармонический актуатор представляет собой интегрированный блок вращательного движения, который обычно объединяет двигатель, механизм снижения гармоник, энкодер и управляющую электронику для обеспечения контролируемого высокоточного вращательного движения.

В чём разница между редуктором гармоник и актуатором гармоник?

Редуктор крутильных колебаний — это, прежде всего, механический компонент трансмиссии, который снижает скорость и увеличивает крутящий момент. В приводе на основе редуктора крутильных колебаний редуктор сочетается с другими компонентами, такими как двигатель, энкодер и электроника управления, образуя полноценный блок управления движением.

Зачем шарниру робота нужен выходной энкодер?

Выходной энкодер обеспечивает обратную связь о фактическом положении шарнира на выходной стороне. Это может улучшить управление с обратной связью и позволить контроллеру контролировать фактический механический выходной сигнал, а не полагаться только на обратную связь со стороны двигателя.

Что такое STO в роботизированном приводе?

STO расшифровывается как Safe Torque Off (безопасное отключение крутящего момента). Это функция безопасности, предназначенная для предотвращения генерации крутящего момента двигателем путем отключения способности привода к его созданию. STO следует внедрять как часть комплексной архитектуры безопасности машины.

Предотвращает ли система STO падение вертикального шарнира робота?

Система STO отключает крутящий момент двигателя, но сама по себе не обеспечивает механического удержания оси, нагруженной силой тяжести. В тех случаях, когда необходимо удерживать нагрузку после снятия крутящего момента, может потребоваться соответствующий механический тормоз.

Подходит ли технология HAG для человекоподобных роботов?

Да. Компактная интегрированная архитектура, гармоническая передача, высокоточная обратная связь, полый вал и интегрированный привод делают HAG подходящим для разработки компактных роботизированных шарниров, в том числе для потенциального применения в человекоподобных роботах.

Какие протоколы связи поддерживает HAG?

HAG поддерживает EtherCAT с CiA 402, CANopen с CiA 402, CAN-FD и RS485 Modbus, обеспечивая гибкость для различных архитектур управления робототехникой и промышленной автоматизацией.

Заключение

В следующем поколении шарнирных соединений роботов происходит отход от традиционного сочетания двигателя, редуктора, энкодера и внешнего привода.

Современные роботизированные системы все чаще требуют высокой точности, компактной интеграции, высокоточной обратной связи, интеллектуального управления, гибкой связи и функциональной безопасности в рамках одного исполнительного механизма.

Гармонический актуатор HONPINE HAG объединяет эти возможности в одном интегрированном роботизированном решении для управления движением.

Благодаря двухсторонним энкодерам высокого разрешения, прецизионной гармонической передаче, интегрированной электронике привода, опциональным функциям STO и торможения, полой конструкции вала, множеству промышленных протоколов связи и расширенным функциям управления движением, HAG представляет собой высокопроизводительную платформу для промышленных роботов, коллаборативных роботов, человекоподобных роботов, медицинской автоматизации и современного промышленного оборудования.

Для инженеров, разрабатывающих роботизированные суставы следующего поколения, технология HAG предлагает практический путь от прецизионной гармонической передачи к интегрированному интеллектуальному управлению движением.