Почему T-образные гармонические поворотные шарнирные модули идеально подходят для манипуляторов коллаборативных роботов

Коллаборативные роботизированные манипуляторы становятся всё более компактными, однако требования к их движению продолжают расти. Один шарнир должен обеспечивать точное позиционирование, достаточный крутящий момент, плавное движение, обратную связь, торможение и надёжную прокладку кабелей в условиях крайне ограниченного пространства.

Создание этих функций с помощью отдельных компонентов возможно, но оно может усложнить конструкцию шарнира. Двигатель, редуктор, энкодер, тормоз, привод и муфта должны быть установлены, выровнены и соединены.

Модуль гармонического поворотного шарнира T-типа использует другой подход. Вместо того чтобы рассматривать передаточный механизм, двигатель и компоненты управления как отдельные детали, они объединены в одном компактном поворотном шарнире. Такая архитектура особенно полезна для коллаборативных роботизированных манипуляторов, в которых важными конструктивными факторами являются механическое пространство и расположение шарниров.

Что представляет собой модуль гармонического поворотного шарнира T-типа?

Модуль гармонического поворотного шарнира T-типа представляет собой интегрированный поворотный шарнир, предназначенный для роботизированных систем движения. В зависимости от конфигурации он объединяет моментный двигатель, гармонический редуктор, высокоточные датчики, тормоз и привод в одном модуле.

Название "T-Type" происходит от его механической компоновки. Выходной фланец расположен перпендикулярно валу двигателя, что создаёт Т-образную конструкцию вместо обычной соосной компоновки.

Такая конфигурация предоставляет разработчикам роботов дополнительный вариант размещения шарниров между звеньями манипулятора. Она особенно полезна для компактных коллаборативных роботизированных манипуляторов, многоосевых манипуляторов и других механизмов, в которых необходимо тщательно контролировать ориентацию двигателя и выходного вала.

Почему конструкция шарнира важна для коллаборативных роботов

Коллаборативный робот — это не просто уменьшенная версия промышленного робота. Его шарниры должны одновременно соответствовать нескольким требованиям.

Роботу необходим достаточный крутящий момент для перемещения полезной нагрузки, однако чрезмерные размеры и масса шарнира могут увеличить нагрузку на вышестоящие оси. Передаточный механизм должен обеспечивать точное и повторяемое движение, а система управления — надёжную обратную связь по положению и крутящему моменту.

Существует также практическая проблема ограниченного пространства.

По мере того как роботизированные манипуляторы становятся легче и компактнее, в них остаётся меньше места для отдельных редукторов, муфт, тормозов, энкодеров и кабельных сборок. Поэтому механическая конструкция шарнира становится важной частью общей архитектуры робота.

Именно здесь может быть полезен интегрированный модуль гармонического шарнира.

Преимущества Т-образной архитектуры шарнира

Основное различие между шарниром T-типа и обычным соосным шарниром заключается во взаимном расположении вала двигателя и выходного вала.

В соосной конфигурации двигатель и выходной элемент расположены на одной оси. В конфигурации T-типа выходной фланец установлен перпендикулярно валу двигателя.

Более гибкая компоновка

Перпендикулярное расположение может предоставить инженерам больше свободы при позиционировании шарнира внутри роботизированного манипулятора.

Это может быть полезно в области локтевых и кистевых узлов, где несколько осей должны разместиться в сравнительно небольшом механическом пространстве.

Вместо того чтобы заставлять двигатель и редуктор располагаться на одной прямой оси, Т-образная архитектура позволяет организовать шарнир с учётом геометрии робота.

Компактная интеграция между звеньями манипулятора

Звенья роботизированного манипулятора обычно соединяются посредством нескольких поворотных шарниров. Если для каждого шарнира требуются дополнительные муфты, кронштейны и элементы передачи движения, механическая конструкция может быстро стать перегруженной.

Модуль гармонического поворотного шарнира T-типа объединяет основные компоненты движения в одном узле, уменьшая количество отдельных механических интерфейсов, которые необходимо предусмотреть вокруг шарнира.

Более организованная внутренняя прокладка кабелей

Управление кабелями становится всё более важным по мере увеличения количества осей робота.

Силовые кабели, проводка энкодеров, линии связи и другие соединения должны многократно перемещаться во время работы робота. Конструкция с полым валом может обеспечить внутренний канал для кабелей, уменьшая внешние кабельные петли и помогая поддерживать организованную конструкцию шарнира.

Почему в роботизированных шарнирах используются гармонические редукторы?

Гармонический редуктор является передаточным элементом, лежащим в основе такого типа шарнира.

В гармоническом приводе используются волновой генератор, гибкое колесо и жёсткое колесо, что позволяет получить большое передаточное отношение в компактном механизме. Благодаря этому он хорошо подходит для применений, в которых двигатель должен создавать регулируемый выходной момент высокого значения без использования крупного обычного редуктора.

Высокое передаточное отношение в компактном корпусе

Двигатель может работать с относительно высокой скоростью, тогда как роботизированному шарниру требуется значительно меньшая выходная скорость.

Гармонический редуктор преобразует входную скорость в более высокий выходной крутящий момент, сохраняя компактные габариты. Для производителей роботов это помогает создавать шарниры, способные обеспечивать необходимый момент без чрезмерного увеличения размеров манипулятора.

Малый люфт для точного движения

Люфт в передаточном механизме может влиять на позиционирование, особенно при изменении направления движения.

Гармоническая передача известна своими характеристиками малого люфта. В сочетании с подходящим энкодером и системой управления с замкнутым контуром она может обеспечивать точное и повторяемое движение, необходимое для роботизированных применений.

Высокая плотность крутящего момента

Масса является важным фактором для многоосевого робота.

Если шарнир становится тяжелее, двигателям и шарнирам, расположенным дальше по манипулятору, может потребоваться компенсировать дополнительную нагрузку. Поэтому компактная гармоническая передача с высокой плотностью крутящего момента может помогать поддерживать разумный баланс между моментом шарнира, массой и общими размерами робота.

Интегрированные компоненты упрощают разработку роботизированных шарниров

Обычный роботизированный шарнир может собираться из нескольких отдельных компонентов:

Двигатель + редуктор + энкодер + тормоз + привод + муфта + проводка

Каждый компонент необходимо выбрать и интегрировать в механическую конструкцию. Также необходимо учитывать выравнивание, монтаж, проводку и связь.

Интегрированный модуль шарнира меняет этот процесс разработки.

Вместо проектирования всего шарнира вокруг отдельных компонентов инженеры могут начать с заданного модуля шарнира и спроектировать окружающую конструкцию робота с учётом его интерфейсов.

Меньше работ по механической интеграции

Двигатель, гармонический редуктор и компоненты обратной связи уже объединены в функциональный узел.

Это уменьшает количество механических интерфейсов, которые необходимо проектировать, и может упростить управление общей архитектурой робота.

Более быстрая сборка и замена

Модульная конструкция также может упростить сборку.

Для производителей роботов, выпускающих несколько моделей или прототипов, стандартизированный модуль шарнира можно повторно использовать в различных конфигурациях манипулятора. При необходимости технического обслуживания замена полного модуля шарнира также может быть проще, чем разборка нескольких отдельных компонентов передачи.

Упрощённая проводка

Интеграция привода и компонентов обратной связи в шарнир может уменьшить объём необходимой внешней проводки, в зависимости от конфигурации модуля.

Для компактных роботизированных манипуляторов это может существенно упростить как сборку, так и управление кабелями.

Точное движение и обратная связь в шарнирах коллаборативных роботов

Механическая передача является лишь одной из составляющих характеристик шарнира. Система обратной связи определяет, как контроллер узнаёт положение шарнира и реагирует на команды движения.

Модуль гармонического поворотного шарнира может объединять редуктор с высокоточными датчиками и электроникой управления двигателем. Затем контроллер может использовать обратную связь для регулирования двигателя и поддержания заданного положения шарнира.

Такая архитектура может поддерживать применения, требующие:

• Точного позиционирования

• Повторяемого движения

• Плавного ускорения и замедления

• Быстрого отклика

• Обратной связи по положению

• Обратной связи по крутящему моменту

• Гибридного управления усилием и положением

Для коллаборативных роботов последние две функции особенно важны в применениях, связанных с контактом с объектами или окружающей средой.

Где могут использоваться модули гармонических поворотных шарниров T-типа?

Т-образная архитектура подходит не только для одного типа роботизированных систем.

Коллаборативные роботизированные манипуляторы

Коллаборативные роботы являются естественной областью применения, поскольку их шарниры должны оставаться компактными и одновременно обеспечивать управляемое и повторяемое движение.

Типичные применения включают:

• Сборку

• Захват и перемещение

• Обслуживание станков

• Контроль и инспекцию

• Упаковку

• Перемещение лёгких материалов

Медицинские и реабилитационные роботы

Медицинское и реабилитационное оборудование часто требует компактных поворотных механизмов с управляемым движением.

Интегрированный гармонический шарнир может уменьшить количество внешних механических компонентов, обеспечивая при этом необходимый роботу крутящий момент и характеристики позиционирования.

Прецизионное автоматизированное оборудование

Такая же архитектура шарнира может применяться в прецизионном автоматизированном оборудовании, требующем компактного поворотного движения.

К таким примерам относятся автоматизированное инспекционное оборудование, механизмы позиционирования и другие системы управления движением.

Многоосевые роботизированные системы

Когда несколько поворотных осей необходимо разместить в ограниченном пространстве, физическая компоновка каждого шарнира приобретает большое значение.

Модуль гармонического поворотного шарнира T-типа может предоставить дополнительный механический вариант размещения этих осей, сохраняя передачу и компоненты управления интегрированными.

Модуль гармонического шарнира T-типа и обычный роботизированный шарнир

Основное различие заключается в степени интеграции и механической компоновке.

В обычном шарнире могут использоваться отдельные компоненты, соединённые валами, муфтами и монтажными конструкциями. Интегрированный модуль T-типа объединяет основные элементы управления движением в одном узле.

Оптимальное решение по-прежнему зависит от крутящего момента, скорости, размеров, полезной нагрузки, архитектуры управления и требований безопасности робота. Преимущество интегрированного модуля заключается в том, что многие из этих инженерных задач могут решаться в рамках одного узла шарнира.

Что следует учитывать при выборе модуля гармонического шарнира T-типа?

Выбор модуля шарнира следует начинать с фактических требований робота к движению, а не только с максимального крутящего момента двигателя.

Выходной крутящий момент

Необходимо учитывать как продолжительный, так и пиковый крутящий момент, а также полезную нагрузку, длину манипулятора, ускорение, гравитационную нагрузку и рабочий цикл.

Размер и масса шарнира

Масса шарнира особенно важна для внешних осей роботизированного манипулятора. Компактный шарнир может помочь уменьшить нагрузку на вышестоящие шарниры.

Обратная связь по положению и крутящему моменту

Конфигурация энкодера и датчиков должна соответствовать требуемым характеристикам позиционирования и управления. Для применений, связанных с управлением усилием, также может потребоваться обратная связь по крутящему моменту.

Конфигурация тормоза

Если роботу необходимо сохранять положение при отключении питания, конфигурацию тормоза следует учитывать в процессе выбора шарнира.

Степень защиты и рабочая среда

Пыль, влага и температура могут влиять на подходящую конфигурацию шарнира. Поэтому необходимую степень защиты следует выбирать в соответствии с фактическими условиями эксплуатации.

Прокладка кабелей

Для многоосевых коллаборативных роботов внутренняя прокладка кабелей может упростить механическую конструкцию и уменьшить помехи при повторяющихся движениях. В этом отношении особенно полезной может быть конструкция с полым валом.

Модуль гармонического поворотного шарнира T-типа HONPINE

Для производителей коллаборативных роботов, которым требуется интегрированное решение поворотного шарнира, модуль гармонического поворотного шарнира T-типа HONPINE объединяет гармонический редуктор, моментный двигатель, высокоточные датчики, тормоз и привод в компактном узле шарнира.

Т-образная конструкция располагает выходной фланец перпендикулярно валу двигателя, предоставляя инженерам больше гибкости при компоновке компактных роботизированных шарниров. Модуль предназначен для применений, требующих точного движения, высокого выходного крутящего момента и интегрированных функций управления.

Его интегрированная архитектура может помочь упростить разработку роботизированного шарнира, уменьшить количество отдельных компонентов и улучшить управление кабелями.

Подробные технические характеристики и информацию о конфигурации можно найти на странице продукта «Модуль гармонического поворотного шарнира T-типа» HONPINE.

Заключение

Шарнир является одним из важнейших механических элементов коллаборативного роботизированного манипулятора. Он должен обеспечивать крутящий момент и точность, размещаться в ограниченном пространстве и надёжно работать в условиях многократно повторяющихся циклов движения.

Модуль гармонического поворотного шарнира T-типа решает эту задачу за счёт объединения двигателя, гармонического редуктора, датчиков, торможения и функций управления в компактном узле. Его перпендикулярная компоновка входного и выходного элементов также может обеспечить большую гибкость при проектировании геометрии многоосевого роботизированного манипулятора.

Для коллаборативных роботов, медицинских роботов и прецизионного автоматизированного оборудования такое сочетание компактной компоновки, гармонической передачи и интегрированного управления может упростить разработку полной роботизированной системы.