Решения на основе модулей суставов роботов для рук и ног гуманоидных роботов

Применение роботизированных манипуляторов быстро расширяется в самых разных отраслях. Верхняя часть тела робота может быть частью полноценного гуманоидного робота или сочетаться со стационарным роботизированным манипулятором и мобильной базой, либо представлять собой роботизированный манипулятор с ловкой кистью для выполнения таких задач, как захват и размещение компонентов, завинчивание крепежа, установка и извлечение разъемов, управление переключателями, перемещение коробок, работа с электроинструментом, захват с визуальным наведением, комплектация заказов на складе, сборка автомобилей, сборка 3C-электроники, лабораторные операции и медицинская помощь.

В основе этих применений лежатмодули суставов роботов, которые играют ключевую роль в обеспечении требуемых движения, крутящего момента, точности и быстродействия.

Для меньших суставов обычно приоритетны малый вес и быстрый отклик, тогда как более крупные суставы требуют более высокой плотности крутящего момента и надежности. Хорошее решение для сустава — это не просто масштабирование одного и того же модуля в большую или меньшую сторону. Вместо этого каждый сустав должен быть точно подобран в соответствии с конкретными требованиями к нагрузке, диапазону движений и управлению.

Модули суставов роботов HONPINE включают четыре серии гармонических модулей суставов —HPJM,TCHL,HAU иHAG— а также серии планетарных модулей суставов HPA и JRM.

В этой статье на примере серии HONPINE HPJM представлено решение на основе модулей суставов роботов для верхних и нижних конечностей гуманоидного робота.

Решение для суставов верхних конечностей гуманоидного робота: конфигурация по уровням крутящего момента для плеча, локтя и запястья

Запястье и пальцы: 3–10 Nm

Суставы запястья и пальцев относятся к самым компактным суставам гуманоидного робота. Для достижения ловких движений им необходимы крайне малый вес и быстрый отклик.

Серия HONPINE HPJM-RE30-40 обеспечивает пиковый крутящий момент 3.3–4.8 Nm при весе всего 0.19 kg, что делает ее хорошо подходящей для запястий, пальцев и других дистальных суставов.

Благодаря широкому диапазону напряжения 24–48 V, связи CAN и высокоинтегрированной конструкции модуль представляет собой компактное решение для легких суставов гуманоидных роботов.

Локоть: 20–50 Nm

Локтевой сустав должен выдерживать нагрузку от предплечья и кисти, обеспечивая при этом достаточный диапазон движений.

Серия HONPINE HPJM-RE50-60 обеспечивает пиковый крутящий момент до 34 Nm при весе 0.45 kg. Доступны передаточные числа 51, 81 и 101, что делает ее практичным выбором для локтевых суставов гуманоидных роботов.

Для применений, требующих более высокого крутящего момента, серия HPJM-RE60-70 обеспечивает пиковый крутящий момент до 66 Nm, удовлетворяя требованиям к большей полезной нагрузке.

Плечо: 50–150 Nm

Плечо является одним из крупнейших суставов верхней конечности. Оно должно выдерживать вес всей руки, обеспечивая широкий диапазон движений.

Серия HONPINE HPJM-RE70-80 обеспечивает пиковый крутящий момент 69–108 Nm, а серия HPJM-RE80-97 — до 217 Nm, покрывая широкий диапазон требований к плечевым суставам: от легких до более высоконагруженных применений.

Версия с двумя энкодерами поддерживает как CAN, так и EtherCAT, обеспечивая более точную синхронизацию и согласованное управление несколькими суставами робота.

Легкая конструкция для верхних конечностей гуманоидных роботов

Общим приоритетом для суставов верхних конечностей гуманоидных роботов является снижение веса.

По сравнению со стандартной серией PRO того же размерного класса серия HONPINE HPJM-REPRO-S примерно на 15%–30% легче. Это может быть особенно ценно для гуманоидных роботов, где контроль общего веса системы имеет решающее значение.

Решение для суставов нижних конечностей гуманоидного робота: баланс высокой нагрузки и легкой конструкции

Суставы нижних конечностей предъявляют значительно более высокие требования к нагрузке и ударным воздействиям, чем многие суставы верхних конечностей. Ключевая задача заключается в обеспечении баланса между крутящим моментом, прочностью конструкции, быстродействием и весом.

Голеностоп: 30–80 Nm

Голеностопный сустав играет ключевую роль в поддержании равновесия и требует быстрого отклика в сочетании с достаточной способностью передавать крутящий момент.

Серии HONPINE HPJM-RE50-70 и HPJM-RE60-70 могут использоваться для голеностопных суставов, обеспечивая пиковый крутящий момент 34–66 Nm при весе приблизительно 0.6–0.8 kg.

Это обеспечивает баланс между скоростью отклика и несущей способностью для голеностопных суставов гуманоидных роботов.

Колено: 80–200 Nm

Коленный сустав испытывает значительные ударные нагрузки при ходьбе, приседаниях и других динамических движениях. Поэтому он требует высокой способности передавать крутящий момент и надежной работы.

Серия HONPINE HPJM-RE80-97 обеспечивает пиковый крутящий момент 121–217 Nm, а серия HPJM-RE80-110 — до 217 Nm, что делает эти серии подходящими для различных применений в коленных суставах гуманоидных роботов.

Конструкция с большим полым отверстием диаметром 27 mm упрощает внутреннюю прокладку кабелей и прохождение пневматических или гидравлических линий.

Тазобедренный сустав: 150–800 Nm

Тазобедренный сустав является одним из самых крупных и наиболее нагруженных суставов гуманоидного робота. Он должен выдерживать общий вес тела робота, обеспечивая при этом многоосевое движение.

Серия HONPINE HPJM-RE100-120 обеспечивает пиковый крутящий момент 267–459 Nm, а серия HPJM-RE110-145 — до 491–800 Nm, предлагая высокомоментные варианты для тяжелонагруженных применений тазобедренных суставов.

Изделие рассчитано на срок службы более 10,000 часов с сохранением точности при заданных условиях непрерывного крутящего момента, что обеспечивает долгосрочную эксплуатационную надежность.

Почему интегрированные гармонические модули суставов важны для гуманоидных роботов?

Для нижних конечностей гуманоидных роботов одной из ключевых инженерных задач является достижение правильного баланса между высокой несущей способностью и легкой конструкцией.

Серия HONPINE HPJM объединяет гармонический редуктор с бескаркасным моментным двигателем, обеспечивая высокую плотность крутящего момента в компактном исполнении. Перекрестно-роликовый подшипник обеспечивает высокую осевую и радиальную грузоподъемность, а также высокую устойчивость к ударным нагрузкам.

Эта интегрированная архитектура объединяет основные компоненты, необходимые для сустава робота, в компактном модуле, помогая снизить сложность и общий вес узла сустава.

Модули суставов роботов и рабочая зона манипуляторов гуманоидных роботов

Основная функция роботизированного манипулятора — тянуться наружу. Однако настоящая задача состоит в том, может ли манипулятор охватить достаточно большую рабочую зону, достигать целей в подходящей позе и эффективно координироваться с системой зрения робота, туловищем и нижними конечностями.

Верхняя конечность действует как консоль, расположенная на удалении от тела, и поэтому создает нагрузку с большим плечом рычага. У гуманоидного робота вес самой руки может создавать значительные опрокидывающие моменты на тазобедренный сустав, талию и нижние конечности.

Интегрированный модуль сустава робота может помочь снизить вес и сложность каждого сустава, сохраняя при этом крутящий момент, управление и характеристики движения, необходимые для конкретного применения. Это позволяет создавать более компактные и отзывчивые манипуляторы гуманоидных роботов, поддерживая согласованное движение всего тела.

Свяжитесь с HONPINE, чтобы узнать больше о наших модулях суставов роботов и обсудить подходящее решение для суставов вашего гуманоидного робота.