Какой модуль роботизированного сочленения выбрать для высокоточного управления гуманоидным роботом?

В 2026 году, после технических обсуждений с десятками производителей человекоподобных роботов, мне стало ясно одно: многие компании не просто разрабатывают роботов, способных ходить или выполнять базовые движения. Они стремятся к гораздо более амбициозной цели — созданию человекоподобных роботов, способных выполнять точные практические задачи, действительно помогая людям в повседневной жизни и в промышленной среде.

Здравствуйте! Меня зовут Теодор Ли, я технический директор HONPINE.

Сегодня я хочу представить модуль гармонического шарнира для человекоподобных роботов, которым нужно не просто двигаться. Для роботов, которым предстоит выполнять реальные задачи, требующие точного позиционирования, точного управления усилием и стабильного движения, я рекомендую модуль гармонического шарнира HONPINE HAG.

Пять ключевых преимуществ модуля гармонического шарнира HONPINE HAG

1. Высокая точность позиционирования и превосходное управление крутящим моментом

Основа точных движений, близких к человеческим

Человекоподобным роботам необходимо выполнять сложные задачи, такие как сборка, манипулирование объектами, захват и ходьба. Эти задачи предъявляют чрезвычайно высокие требования к точности позиционирования шарниров и управлению движением.

Модуль гармонического шарнира HONPINE HAG обладает рядом характеристик, обеспечивающих высокоточное управление движением:

Два абсолютных энкодера: Все модели оснащены однооборотным абсолютным энкодером на 20 бит (1 048 576 отсчётов на оборот) и многооборотным абсолютным энкодером на 12 бит; поддерживается протокол связи BiSS-C.

Высокая точность позиционирования: Однонаправленная точность позиционирования достигает ≤45 угловых секунд, повторяемость — ≤10 угловых секунд. Эти характеристики помогают человекоподобным роботам выполнять точные корректировки движения и обеспечивать более стабильное позиционирование при сложных операциях.

Датчик крутящего момента — опция: Согласно спецификациям изделия, для серии HAG доступен встроенный датчик крутящего момента (суффикс T) с диапазоном измерения от 25 N·m до 500 N·m и нелинейностью всего 0,5%.

Это позволяет применять стратегии управления на основе крутящего момента, такие как податливое взаимодействие, обратная связь по усилию и обнаружение столкновений, которые необходимы для более безопасного взаимодействия человека и робота и выполнения задач, требующих точных манипуляций.

Высокая крутильная жёсткость: у более крупных моделей, таких как HAG-40, крутильная жёсткость достигает 18.6 × 10⁴ N·m/rad. Высокая крутильная жёсткость помогает уменьшить деформацию под нагрузкой, подавить нежелательные вибрации и сохранить стабильность движения и точность позиционирования конечного эффектора.

2. Высокая плотность крутящего момента и мощная перегрузочная способность

Соответствие высоким требованиям человекоподобных роботов к мощности

Тазобедренным и коленным шарнирам необходим достаточный крутящий момент для выполнения энергозатратных движений, таких как прыжки, подъём по лестнице, вставание и восстановление после падения. При этом ограниченное монтажное пространство и ёмкость аккумулятора человекоподобных роботов делают плотность крутящего момента и общую массу критически важными факторами при проектировании.

Серия HONPINE HAG предлагает широкий диапазон крутящего момента для различных требований к шарнирам.

Широкий диапазон крутящего момента: От HAG-11 с пиковым крутящим моментом от 11.4 до 18 N·m до HAG-40, обеспечивающего пиковый крутящий момент до 800 N·m и номинальный — 557 N·m, серия HAG подходит для широкого спектра применений в шарнирах человекоподобных роботов.

В зависимости от механической конструкции робота и требований к нагрузке компактные модели можно использовать, например, в шарнирах запястий и рук, а более крупные — в шарнирах с повышенной нагрузкой, таких как плечевые, тазобедренные и коленные.

Высокая кратковременная перегрузочная способность: Во время динамических движений человекоподобные роботы часто сталкиваются с кратковременными высокими нагрузками. Например, номинальный крутящий момент HAG-25 составляет 48–115 N·m, а пиковый — 86–203 N·m.

Дополнительный кратковременный запас крутящего момента помогает выполнять сложные движения, такие как прыжки, быстрое ускорение и восстановление после падения.

3. Компактная лёгкая конструкция с прокладкой кабелей через полое отверстие

Оптимизировано для ограниченного внутреннего пространства человекоподобных роботов

Внутренняя компоновка человекоподобных роботов сильно ограничена. Каждый компонент необходимо тщательно разместить, а избыточная масса напрямую влияет на время работы от аккумулятора, динамические характеристики и общую энергоэффективность.

Модуль гармонического шарнира HAG решает эти задачи благодаря интегрированной архитектуре и конструкции с полым отверстием.

Прокладка кабелей через полое отверстие: серия HAG имеет центральное сквозное отверстие для внутренней прокладки кабелей. Например, диаметр центрального отверстия HAG-20 составляет Φ16.8 mm, а у HAG-40 — Φ28 mm.

Силовые кабели, линии связи и другие необходимые провода можно прокладывать через центр шарнира. Это упрощает организацию кабельной разводки внутри устройства и помогает уменьшить помехи, перегибы и износ, вызванные наружной прокладкой кабелей.

Лёгкая конструкция с высокой степенью интеграции: HAG объединяет бескорпусной двигатель с высоким крутящим моментом, гармонический редуктор, плату драйвера и опциональный электромагнитный тормоз в компактный шарнирный узел.

Например, масса HAG-20 с установленным тормозом составляет всего 1.63 kg. Компактная конструкция подходит для человекоподобных роботов, в которых монтажное пространство и масса являются серьёзными ограничениями.

4. Высокая динамическая отзывчивость и совместимость с протоколами связи

Поддержка отзывчивого движения и бесшовной интеграции в систему

Человекоподобным роботам необходимо непрерывно корректировать движения шарниров в ответ на изменение команд, внешних сил и условий окружающей среды. Для этого модулям шарниров нужны высокая отзывчивость движения и надёжные интерфейсы связи.

Высокая скорость работы: Компактные модели, такие как HAG-14, развивают максимальную скорость 98 rpm, что позволяет использовать их в приложениях, требующих относительно быстрых движений шарниров, включая ходьбу и быстрые движения рук.

Промышленные протоколы связи: Серия HAG поддерживает протоколы связи CANopen и EtherCAT, упрощая интеграцию модуля шарнира в различные архитектуры управления роботом.

Встроенная функция безопасности STO: В HAG также встроена функция Safe Torque Off (STO). При активации соответствующей системой управления безопасностью функция STO отключает создание крутящего момента двигателем, помогая снизить риски при аварийных ситуациях и сбоях системы.

Важно отметить, что STO не обеспечивает механическое торможение и не блокирует шарнир механически. Если в случае отключения питания необходимо удерживать положение, следует также рассмотреть опциональный электромагнитный тормоз.

5. Высокая жёсткость конструкции и надёжная механическая конструкция

Стабильность шарнира в сложных условиях эксплуатации

Шарниры человекоподобных роботов испытывают сложные нагрузки при ходьбе, стоянии, подъёме и других динамических движениях. Модуль шарнира должен не только передавать крутящий момент, но и выдерживать внешние изгибающие моменты, сохраняя стабильность конструкции.

Высокая жёсткость при наклоне: крупные модели HAG обладают высокой жёсткостью при наклоне. Например, у HAG-40 этот показатель достигает 175 × 10⁴ N·m/rad, что помогает шарниру выдерживать изгибающие моменты, возникающие при движении робота и под воздействием внешней нагрузки.

Это особенно важно для несущих шарниров, таких как тазобедренные и коленные, поскольку деформация конструкции может повлиять на точность движений и устойчивость робота.

Опциональный электромагнитный тормоз: для серии HAG доступна конфигурация с дополнительным тормозом. Для человекоподобных роботов, которым необходимо сохранять вертикальное положение или удерживать шарнир в заданном положении, когда двигатель не приводит его в движение, электромагнитный тормоз обеспечивает дополнительную механическую фиксацию.

Это особенно полезно в приложениях, где важно сохранять положение шарнира во время перебоев питания или периодов простоя.

Подходит ли модуль гармонического шарнира HONPINE HAG для вашего человекоподобного робота?

Если ваша компания разрабатывает человекоподобных роботов для выполнения реальных задач, а не только демонстрации базовых движений, к выбору модуля шарнира следует подойти внимательно.

Точность позиционирования, управление крутящим моментом, перегрузочная способность, жёсткость конструкции, динамическая отзывчивость и интеграция в систему — всё это влияет на способность робота надёжно выполнять сложные задачи.

Модуль гармонического шарнира HONPINE HAG объединяет гармонический редуктор, бескорпусной двигатель с высоким крутящим моментом, встроенную управляющую электронику, абсолютные энкодеры и опциональные функции измерения крутящего момента и торможения в компактном шарнирном решении.

Если вы разрабатываете человекоподобных роботов, которым необходимы высокоточное управление движением и надёжная работа шарниров, свяжитесь с HONPINE, чтобы запросить техническую документацию модуля гармонического шарнира HAG и обсудить требования вашего применения с нашей инженерной командой.