Как выбрать и использовать модули роботизированных сочленений?

Здравствуйте! Я Теодор Ли, технический директор HONPINE. В этой статье я на примере серии гармонических шарнирных модулей HONPINE HPJM расскажу, как выбрать и ввести в эксплуатациюроботизированные шарнирные модули, включая механический монтаж, подключение электропроводки, настройку связи и конфигурацию управления.

Роботизированный шарнирный модуль объединяет силовую электронику, редукторный механизм, энкодеры и тормоз в компактном цилиндрическом корпусе. Однако получение модуля еще не означает, что робот готов к движению. Неправильный выбор может потребовать переработки схемы электропроводки и архитектуры связи, а некорректное подключение — привести к ошибкам связи и повторяющимся аварийным сигналам при вводе в эксплуатацию.

Реализацию проекта часто замедляет отсутствие четкого процесса, связывающего выбор изделия с успешным запуском. Понимание всего рабочего процесса помогает инженерам избежать ненужных изменений и быстрее наладить работу систем.

1. Как выбрать роботизированный шарнирный модуль: пример серии HPJM

Серия HONPINE HPJM включает модули с наружным диаметром от 30 до 170 мм; для всех типоразмеров доступны конфигурации с одним и двумя энкодерами. Это позволяет подобрать модули для шарниров разных размеров — от компактных шарниров пальцев роботизированной кисти до более крупных тазобедренных шарниров гуманоидного робота.

Одно из решений, которое следует принять на раннем этапе, — выбор интерфейса связи. В модулях HPJM с одним энкодером используется связь CAN, а версии с двумя энкодерами поддерживают CAN и EtherCAT. В устройствах для роботизированных кистей часто применяется RS-485 — в зависимости от выбранного привода и архитектуры системы.

В HONPINE мы рекомендуем определить шину связи и архитектуру питания до завершения механического проектирования. Эти решения влияют на выбор контроллера, прокладку проводки и стратегию интеграции. Если отложить их до сборки прототипа, могут потребоваться ненужные изменения.

2. Почему интегрированные шарнирные модули проще устанавливать и использовать?

Одно из главных преимуществ современных облегченных шарнирных модулей заключается в том, что значительная часть работ по интеграции выполняется на заводе, что упрощает внедрение для заказчика. Гармонический шарнирный модуль HPJM объединяет сервопривод, систему энкодеров, безрамный моментный двигатель, тормоз и гармонический редуктор в одном узле.

Такая интегрированная конструкция упрощает монтаж и эксплуатацию, а также снижает потребность в регулярном техническом обслуживании. Большое сквозное отверстие оставляет место для прокладки кабелей и пневматических трубок, помогая инженерам упорядочить соединения внутри робота.

При этом механический монтаж по-прежнему требует внимания. Хотя модуль упрощает интеграцию, точность его установки должна обеспечиваться окружающей конструкцией. Надлежащую подготовку монтажных поверхностей и выверку должны обеспечить механические компоненты системы. Интегрированная конструкция не отменяет необходимости в точном и надежном монтаже.

3. Подключение электропроводки: питание и связь

Электропроводка включает два основных подключения: питание и связь. Оба требуют внимательного подхода, поскольку ошибка при подключении может помешать работе модуля или вызвать неисправности при вводе в эксплуатацию.

В модуле HPJM используется прямоугольный разъем питания с обозначенными положительным и отрицательным выводами. Перед подключением источника питания проверьте полярность по чертежу разъема для конкретной модели. Интерфейс CAN имеет три контакта: H — CAN High, L — CAN Low, G — земля.

Интерфейс EtherCAT оснащен отдельными портами IN и OUT и контактами сигналов связи Tx+, Tx−, Rx+ и Rx−. При цветовой маркировке кабеля по стандарту T568B им соответствуют бело-оранжевый, оранжевый, бело-зеленый и зеленый проводники. При подготовке или проверке кабелей всегда соблюдайте распиновку разъема, указанную для модуля.

В модулях с двумя энкодерами интерфейсы EtherCAT и CAN могут работать одновременно. Однако управляющие команды через оба интерфейса не могут быть активны одновременно. Приоритет имеет EtherCAT, а не CAN, поэтому при настройке контроллера необходимо учитывать, откуда должны поступать команды.

4. Настройка связи: CAN и EtherCAT

Связь объединяет отдельные шарниры в согласованно работающую роботизированную систему. Для CAN и EtherCAT предусмотрены собственные требования к настройке; выбор должен учитывать платформу контроллера, количество шарниров и требуемую частоту обновления данных.

Для серии HPJM заявленная скорость связи CAN составляет 1 Mbps. В системе с семью двигателями частота обновления связи составляет примерно 300 Hz. Каждому модулю необходимо назначить уникальный CAN ID. Последовательное присвоение идентификаторов упрощает управление системой с несколькими модулями, поиск неисправностей и расширение системы.

Серия HPJM поддерживает связь EtherCAT со скоростью 100 Mbps и частоту обновления связи до 4 kHz. EtherCAT разработан для поддержания коротких циклов связи между несколькими ведомыми устройствами. При этом достижимую частоту обновления необходимо проверить с учетом конкретного ведущего устройства, конфигурации сети и требований к процессным данным.

Система EtherCAT состоит из ведущего устройства и нескольких ведомых устройств. В качестве ведущего устройства может использоваться программная платформа, например TwinCAT или CODESYS, либо совместимый ПЛК таких производителей, как Inovance и HCFA. Для первичного тестирования компьютер с TwinCAT или CODESYS служит удобной платформой для проверки связи и базовой функциональности.

При подключении сети соедините EtherCAT-выход ведущего устройства с портом IN первого ведомого устройства, затем подключите порт OUT этого устройства к порту IN следующего. Продолжайте подключение в той же последовательности для остальных модулей. Соблюдение последовательности IN–OUT помогает сохранить ожидаемую топологию сети и идентификацию ведомых устройств.

5. Управление и ввод в эксплуатацию: запуск шарнира

После завершения подключения электропроводки и настройки связи необходимо добиться корректной реакции шарнира на команды контроллера. Доступны режимы управления положением, скоростью, током или моментом, а также комбинированный режим управления усилием и положением. Эти режимы подходят для задач от позиционирования и отслеживания траектории до податливого взаимодействия с людьми, инструментами и окружающей средой.

В шарнирных двигателях HPJM применяются положения стандарта IEC 61800-7 и автомат состояний привода CiA 402. На практике ввод в эксплуатацию включает этапы инициализации, состояния отключения, готовности, включения и работы. Контроллер должен выдавать соответствующие команды для каждого перехода между состояниями, а не отправлять команды движения сразу после подачи питания. Точную последовательность переходов и настройки controlword необходимо выбирать в соответствии с документацией конкретного модуля.

Модули HPJM также оснащены кодами аварийных сигналов и зелеными и синими индикаторами состояния, которые помогают при поиске неисправностей. К типичным проблемам относятся невозможность открыть интерфейс CAN, использование устройства связи другим приложением, неисправности микросхемы привода, перенапряжение, пониженное напряжение и неисправности энкодера. В соответствующих инструкциях по поиску неисправностей описаны способы проверки и устранения этих проблем.

Перед отправкой команд движения во время ввода в эксплуатацию считайте слово состояния и проверьте информацию об активных неисправностях. Это поможет определить фактическую проблему и избежать лишних попыток наугад.

6. Как HONPINE помогает заказчикам избежать ошибок при выборе

HONPINE предлагает несколько серий роботизированных шарнирных модулей для различных задач. К нашимгармоническим шарнирным модулямотносятся серииHPJM,TCHLиHAG, а кпланетарным шарнирным модулям— серииJRMиHPA. В начале процесса выбора мы оцениваем бюджет заказчика и условия эксплуатации, чтобы предложить подходящую конфигурацию.

Успешное внедрение роботизированного шарнирного модуля включает пять взаимосвязанных этапов: выбор нужных характеристик, точный и надежный монтаж модуля, подключение электропроводки, настройку сети связи и ввод модуля в эксплуатацию в соответствии с автоматом состояний привода. Каждый этап важен для надежной работы, а решения, принятые в начале процесса, влияют на последующие работы.

HONPINE предоставляет индивидуальную техническую поддержку на всех этапах: от выбора и создания прототипов до мелкосерийного производства и поставок крупными партиями. Сообщите нам требования к нагрузке шарнира, платформу контроллера и график производства — и мы поможем подобрать роботизированный шарнирный модуль для вашей задачи.