HONPINE HAG harmoniskt ställdon: Högpresterande rörelse i robotleder med integrerad drivning och STO

Moderna robotleder kräver mer än en precisionsväxellåda. I takt med att industrirobotar, kollaborativa robotar, humanoida robotar och intelligenta automationssystem blir mer kompakta och dynamiska, måste robotledsställdon kombinera hög positioneringsnoggrannhet, snabb respons, kompakt integration, tillförlitlig återkoppling och funktionell säkerhet i ett enda rörelsesystem.

HONPINE HAG harmoniska ställdon är utformad för nästa generations robotstyrning. Den integrerar en högprecisions harmonisk växelmekanism, en ramlös momentmotor, högupplösta kodare och en integrerad servodrivning i ett kompakt robotledsställdon. Tillvalsfunktioner för säkert vridmomentavstängning (STO) och bromsfunktioner ger ytterligare säkerhetsalternativ för applikationer där kontrollerad momentavstängning och lasthållning krävs.

Med stöd för EtherCAT, CANopen, CAN-FD och RS485 Modbus tillhandahåller HAG en komplett rörelsestyrningsplattform för robot- och industriella automationsapplikationer.

Vad är HONPINE HAG harmonisk aktuator?

HAG Harmonic Actuator är ett integrerat robotställdon som kombinerar de viktigaste komponenterna som krävs för precisionsrotationsrörelse i en enda enhet.

Istället för att använda en separat harmonisk reducerare, motor, pulsgivare och extern servodrivning integrerar HAG dessa komponenter i en kompakt robotkopplingslösning.

Den integrerade arkitekturen inkluderar:

• Högprecisions harmonisk överföring

• Ramlös vridmomentmotor

• 20-bitars höghastighetskodare på sidan

• 19-bitars utgångskodare

• Integrerad servodrift

• Valfri STO

• Broms (tillval)

• Hålaxel

Flera industriella kommunikationsgränssnitt

Denna integrerade design minskar behovet av separata externa drivkomponenter och kan förenkla den mekaniska och elektriska integrationen av robotleder.

För robottillverkare blir resultatet en mer kompakt rörelsekontrollarkitektur med färre externa komponenter och mer direkt åtkomst till ledens position, hastighet och strömstyrningsfunktioner.

Varför integrerade harmoniska aktuatorer är viktiga för moderna robotar?

Traditionella robotkopplingsarkitekturer kräver ofta att flera komponenter installeras och ansluts separat. En motor, harmonisk reducerare, pulsgivare och servodrivning kan uppta olika områden i roboten och kräva ytterligare kablar och kontakter.

I takt med att robotleder blir mindre och mer sofistikerade kan denna metod skapa utmaningar inom:

• Installationsutrymme

• Kabeldragning

• Termisk hantering

• Elektrisk integration

• Systemdriftsättning

• Konfiguration av rörelsekontroll

Ett integrerat harmoniskt ställdon hanterar dessa utmaningar genom att kombinera de viktigaste rörelsekomponenterna i en enhet.

HAG-arkitekturen är särskilt relevant för humanoida robotar, kollaborativa robotar, industriella robotarmar och kompakta automationssystem, där tillgängligt ledutrymme är begränsat och dynamisk rörelseprestanda är viktig.

Dubbelsidig högupplöst feedback för sluten rörelsekontroll

En av de utmärkande egenskaperna hos HAG:s harmoniska ställdon är dess högupplösta pulsgivarkonfiguration.

HAG använder en 20-bitars kodare på höghastighetssidan och en 19-bitars kodare på utgångssidan. Denna dubbelsidiga återkopplingsarkitektur förser styrsystemet med detaljerad information om både motorsidans och utgångssidans rörelse.

Varför spelar detta roll?

En robotled behöver inte bara veta hur motorn roterar. Den behöver också korrekt information om den faktiska utgående rörelsen efter reduktionsmekanismen.

Återkoppling på utgångssidan kan hjälpa styrsystemet att övervaka den faktiska ledens position och kompensera för rörelsefel i styrsystemet.

Detta är särskilt värdefullt för robotapplikationer som kräver:

• Exakt positionering

• Repeterbar rörelse

• Smidig riktningsomkastning

• Dynamisk bankontroll

• Stabil drift under varierande belastning

Kombinationen av högupplöst återkoppling och harmonisk överföring gör det möjligt för HAG att fungera som ett komplett slutet robotrörelsesystem snarare än bara en kombination av motor och växellåda.

Högprecisionsharmonisk transmission för robotleder

Den harmoniska transmissionsmekanismen är en nyckelelement i HAG-ställdonet.

Harmonisk kugghjulsteknik används ofta i robotkopplingar eftersom den kan ge höga reduktionsförhållanden, kompakta dimensioner, hög positioneringsnoggrannhet och låga glapp.

För robotapplikationer är dessa egenskaper viktiga eftersom växellådan direkt påverkar förhållandet mellan motorrotation och ledrörelse.

HAG kombinerar den harmoniska transmissionen med en ramlös momentmotor och integrerad styrelektronik, vilket skapar ett kompakt roterande ställdon optimerat för robotrörelser.

Denna arkitektur kan hjälpa robotkonstruktörer att uppnå en hög rörelseprestanda utan att installera en konventionell extern servodrivning bredvid varje led.

Integrerad drivarkitektur minskar systemkomplexiteten

Servodrivningen är integrerad i HAG-ställdonets bas.

Detta är en viktig skillnad mellan HAG och konventionella harmoniska ställdonarkitekturer som använder en extern drivenhet.

Med drivningen integrerad i ställdonet kan robotkonstruktören minska antalet separat installerade komponenter och förenkla elektriska anslutningar runt leden.

Fördelarna kan inkludera:

Mer kompakt systemarkitektur:

Frekvensomriktaren kräver ingen separat monteringsplats.

Förenklad kabeldragning:

Färre externa anslutningar kan bidra till att minska kabelkomplexiteten.

Enklare systemintegration:

Motorn, den harmoniska transmissionen, kodaren och drivenheten är konstruerade som en rörelsestyrningsenhet.

Minskat installationsutrymme:

Den integrerade strukturen är lämplig för kompakta robotfogar.

För humanoida robotar och andra rymdbegränsade robotplattformar kan dessa egenskaper vara särskilt värdefulla.

STO för säkrare robotrörelsekontroll

Säkerhet blir allt viktigare i takt med att robotar arbetar närmare människor och används i medicinska, laboratorie-, samarbets- och intelligenta tillverkningsmiljöer.

HAG harmoniska ställdon kan utrustas med STO (Safe Torque Off).

STO är en säkerhetsfunktion som är utformad för att förhindra att motorn genererar vridmoment genom att inaktivera drivenhetens vridmomentgenererande förmåga. Viktigt är att STO inte bara förlitar sig på ett vanligt programvarukommando för att stoppa motorn.

För ett säkerhetsrelaterat system måste STO-ingången bibehållas i det erforderliga säkra tillståndet innan normal momentproduktion kan återställas. Funktionen är utformad så att den inte bara kan kringgås genom vanlig programvarufelsökning.

Detta ger ett ytterligare hårdvaruorienterat säkerhetslager för applikationer där det är viktigt att förhindra oavsiktligt motorvridmoment.

Hur fungerar STO i HAG-ställdonet?

När STO-funktionen utlöses, avaktiveras ställdonets motormomentutgång omedelbart.

För applikationer med en vertikal eller gravitationsbelastad koppling är det dock inte säkert att ett stopp av motormomentet i sig är tillräckligt för att förhindra att den mekaniska lasten rör sig.

Av denna anledning kan HAG även utrustas med en broms.

När STO utlöses kan bromsen användas för att hålla leden och minska risken för att lasten faller ner under tyngdkraften. Efter att systemet bekräftat lämpligt säkerhetstillstånd kan bromsen lossas via styrsystemet och kommunikationsgränssnittet när det är tillåtet enligt applikationens säkerhetsarkitektur.

Denna kombination ger två olika funktioner:

• STO: förhindrar att motorn genererar drivmoment.

• Broms: hjälper till att mekaniskt hålla lasten vid behov.

Dessa funktioner bör integreras i den kompletta maskinens säkerhetsarkitektur i enlighet med gällande säkerhetsstandarder och tillverkarens riskbedömning.

Varför är STO- och bromsfunktioner viktiga i medicinska och högsäkerhetstillämpningar?

Robotställdon som används i medicinsk utrustning, laboratorieautomation, samarbetande maskiner och andra system som interagerar mellan människa och människa kan kräva ytterligare åtgärder för att kontrollera oavsiktlig rörelse.

Tänk dig en robotled som stöder en vertikal last. Om motormomentet avlägsnas utan en lämplig hållmekanism kan gravitationen få lasten att röra sig.

En broms kan ge mekanisk fasthållning, medan STO kan inaktivera generering av motormoment.

Detta gör kombinationen av STO + broms + högupplöst återkoppling särskilt användbar som en del av en säkerhetsorienterad rörelsearkitektur.

Förekomsten av STO på ett ställdon innebär dock inte automatiskt att hela roboten eller den medicintekniska produkten är säkerhetscertifierad.

Den slutliga säkerhetsprestandan beror på hela systemet, inklusive säkerhetsstyrenheten, kablage, mekanisk broms, riskbedömning, programvaruarkitektur och tillämpliga standarder.

EtherCAT, CANopen, CAN-FD och Modbus för flexibel integration

Robotledsställdon måste kommunicera tillförlitligt med robotstyrenheten.

HAG stöder flera industriella kommunikationsgränssnitt, inklusive:

• EtherCAT med CiA 402

• CANopen med CiA 402

• CAN-FD

• RS485 Modbus

Detta gör att HAG kan integreras i olika robot- och automationsarkitekturer.

För fleraxliga robotsystem som kräver synkroniserad rörelse och realtidsstyrning tillhandahåller EtherCAT en lämplig kommunikationsplattform.

CANopen och CAN-FD kan användas i olika distribuerade rörelsekontrollarkitekturer, medan RS485 Modbus erbjuder ett annat alternativ för integration av industriell utrustning.

HAG stöder även dubbla 24 V digitala ingångar och utgångar och ett ±10 V analogt gränssnitt, vilket ger ytterligare flexibilitet för styrning på maskinnivå.

Flera rörelselägen för olika robotstyrningsstrategier

En högpresterande robotled behöver stödja mer än grundläggande positionskontroll.

HAG stöder flera driftlägen, inklusive:

• Profilpositionsläge

• Profilhastighetsläge

• Profilmomentläge

• Cyklisk synkron position

• Cyklisk synkron hastighet

• Cyklisk synkron ström

• Analog kontroll

• Referensläge

Dessa styrlägen gör det möjligt att anpassa ställdonet till olika robotarkitekturer och krav på rörelsestyrning.

Till exempel kan cykliska synkrona lägen användas i avancerade nätverksanslutna rörelsekontrollsystem, medan profillägen kan förenkla rörelsekommandon för specifika automatiseringsapplikationer.

Denna flexibilitet gör HAG lämplig för både robotstyrd ledutveckling och industriell rörelsestyrningsutrustning.

USB-idrifttagning och realtidsparameterövervakning

Att utveckla en högpresterande robotkoppling handlar inte bara om hårdvara. Effektiv driftsättning och parameterjustering är lika viktigt.

HAG tillhandahåller ett USB-felsökningsgränssnitt som gör det möjligt för ingenjörer att komma åt viktig styrinformation och övervaka drivenhetens status.

Ingenjörer kan arbeta med positions-, hastighets- och strömregleringsslingor och finjustera PID-parametrar under idrifttagning.

Detta kan bidra till att förkorta utvecklingstiden vid optimering av ställdonets prestanda för olika robotmekanismer, nyttolaster och rörelseprofiler.

Avancerad tröghetsidentifiering för variabla belastningar

Robotfogar arbetar ofta under varierande belastningsförhållanden.

En robotarm kan bära olika verktyg eller arbetsstycken, medan en humanoid robot kan uppleva ständigt förändrade ledbelastningar allt eftersom dess hållning förändras.

HAG inkluderar avancerad tröghetsidentifiering för att förbättra anpassningen till varierande belastningsförhållanden.

Genom att identifiera förändringar i den mekaniska belastningen kan styrsystemet bättre anpassa sina rörelsestyrningsparametrar till de faktiska driftsförhållandena.

Denna funktion kan vara särskilt användbar i robotapplikationer där nyttolast och leddynamik förändras ofta.

Omfattande skydd för industriell drift

HAG har flera skyddsfunktioner för att stödja tillförlitlig drift i industriella miljöer.

Skyddsfunktioner inkluderar:

• Överspänningsskydd

• Underspänningsskydd

• Överströmsskydd

• Övertemperaturskydd

• Skydd mot spårningsfel

• Skydd mot synkroniseringsfel

• Skydd mot kommunikationsfel

• STO

Ställdonet är också konstruerat för industriella driftsförhållanden, med vibrationstålighet, hög isoleringsprestanda och skyddsklass upp till IP40 beroende på konfiguration.

Dessa funktioner hjälper till att skydda ställdonet och hela rörelsesystemet mot vanliga elektriska, termiska, kommunikations- och styrfel.

Hålaxeldesign för förenklad kabeldragning

HAG har en ihålig axelarkitektur som ger extra flexibilitet för intern kabeldragning.

Kablar och andra komponenter kan dras genom ställdonets ihåliga sektion istället för att placeras helt runt ledens utsida.

För robotarmar och humanoida robotar kan intern kabeldragning bidra till att minska extern kabelexponering och stödja renare mekanisk integration.

Den ihåliga arkitekturen kan vara särskilt användbar för fogar där utrymmet är begränsat och kabelhantering är en viktig del av den mekaniska konstruktionen.

Var kan HAG:s harmoniska ställdon användas?

Kombinationen av harmonisk transmission, högupplöst återkoppling, integrerad drivelektronik, kommunikationsgränssnitt och valfria säkerhetsfunktioner gör HAG lämplig för en rad precisionsrörelseapplikationer.

Industrirobotar

HAG kan användas som ett robotledsställdon för robotarmar som kräver noggrann och repeterbar rotationsrörelse.

Samarbetande robotar

Den integrerade arkitekturen kan bidra till att minska antalet externa komponenter runt leden och stödja kompakta samarbetande robotdesigner.

Humanoida robotar

Humanoida robotar kräver kompakta, lätta och högpresterande ledsystem som kan utföra dynamisk och koordinerad rörelse.

Den integrerade HAG-arkitekturen kan hjälpa till att kombinera motor-, harmonisk transmission-, pulsgivare- och drivfunktioner i ett kompakt kopplingspaket.

Medicinsk och laboratorieautomation

För medicinsk och laboratorieautomationsutrustning kan de valfria STO- och bromsfunktionerna ge ytterligare säkerhetsrelaterade designalternativ där kontrollerad momentavstängning och lasthållning krävs.

Den slutliga säkerhetsimplementeringen måste alltid valideras på komplett utrustningsnivå.

Industriell automation

Med stöd för EtherCAT, CANopen, CAN-FD och Modbus kan HAG integreras i avancerad industriell automation och fleraxliga rörelsestyrningssystem.

HAG harmonisk ställdon kontra konventionell extern drivarkitektur

Den största skillnaden mellan HAG och ett konventionellt harmoniskt ställdonssystem är integrationsnivån.

En konventionell arkitektur kan kräva:

Motor + Harmonisk växellåda + Pulsgivare + Extern servodrift + Extra kablage

HAG integrerar de viktigaste rörelsekontrollkomponenterna i:

Harmonisk transmission + Ramlös momentmotor + Dubbelsidiga kodare + Integrerad drivning

Tillvalsfunktioner för STO och broms kan ytterligare utöka ställdonets möjligheter för säkerhetsinriktade tillämpningar.

Denna integrerade metod kan minska systemkomplexiteten och ge robottillverkare en mer kompakt grund för att designa högpresterande robotfogar.

HONPINE HAG: Mer än en harmonisk kugghjulsmotor

En konventionell harmonisk kugghjulsmotor fokuserar främst på att omvandla motorhastighet till kontrollerat rotationsmoment.

HAG Harmonic Actuator går längre genom att integrera den mekaniska transmissionen, motorn, återkopplingssystemet, drivelektroniken, kommunikationsgränssnitten och valfria säkerhetsfunktioner i ett robotställdon.

Detta gör HAG särskilt lämplig för ingenjörer som letar efter ett komplett robotledsställdon snarare än en fristående harmonisk växellåda.

Dess kombination av:

• 20-bitars höghastighetsåterkoppling

• 19-bitars återkoppling på utgångssidan

• Integrerad servodrift

• Högprecisions harmonisk överföring

• STO och broms (tillval)

• Hålaxel

• EtherCAT / CANopen / CAN-FD / Modbus

• Avancerad tröghetsidentifiering

• Flera skyddsfunktioner

ger en grund för att utveckla kompakta, precisa, responsiva och säkerhetsmedvetna robotrörelsesystem.

Vanliga frågor om harmoniska aktuatorer

Vad är en harmonisk aktuator?

Ett harmoniskt ställdon är en integrerad roterande rörelseenhet som vanligtvis kombinerar en motor, en mekanism för harmonisk reduktion, en kodare och drivelektronik för att ge kontrollerad roterande rörelse med hög precision.

Vad är skillnaden mellan en harmonisk reducerare och ett harmoniskt ställdon?

En harmonisk reducerare är främst en mekanisk transmissionskomponent som minskar hastigheten och ökar vridmomentet. Ett harmoniskt ställdon kombinerar reduceraren med andra komponenter som en motor, kodare och drivelektronik för att skapa en komplett rörelsestyrningsenhet.

Varför behöver en robotled en utgångskodare?

En utgångskodare ger feedback om ledens faktiska position på utgångssidan. Detta kan förbättra den slutna slingan och göra det möjligt för regulatorn att övervaka den faktiska mekaniska utsignalen istället för att bara förlita sig på feedback på motorsidan.

Vad är STO i ett robotställdon?

STO står för Safe Torque Off. Det är en säkerhetsfunktion som är utformad för att förhindra att motorn genererar vridmoment genom att inaktivera drivenhetens momentgenererande förmåga. STO bör implementeras som en del av maskinens kompletta säkerhetsarkitektur.

Förhindrar STO att en vertikal robotled faller?

STO inaktiverar motormomentet, men det håller inte i sig mekaniskt en gravitationsbelastad axel. För tillämpningar där en last måste hållas kvar efter att momentet har tagits bort kan en lämplig mekanisk broms krävas.

Är HAG lämplig för humanoida robotar?

Ja. Den kompakta integrerade arkitekturen, harmoniska transmissionen, den högupplösta återkopplingen, den ihåliga axeln och den integrerade drivningen gör HAG lämplig för utveckling av kompakta robotfogar, inklusive potentiella tillämpningar i humanoida robotar.

Vilka kommunikationsprotokoll stöder HAG?

HAG stöder EtherCAT med CiA 402, CANopen med CiA 402, CAN-FD och RS485 Modbus, vilket ger flexibilitet för olika robot- och industriella automationsstyrarkitekturer.

Slutsats

Nästa generations robotleder går bortom den traditionella kombinationen av motor, växellåda, kodare och extern drivning.

Moderna robotsystem kräver i allt högre grad hög precision, kompakt integration, högupplöst återkoppling, intelligent styrning, flexibel kommunikation och funktionell säkerhet inom ett enda ställdon.

HONPINE HAG Harmonic Actuator sammanför dessa funktioner i en integrerad robotrörelselösning.

Med dubbelsidiga högupplösta kodare, en precisionsharmonisk överföring, integrerad drivelektronik, valfria STO- och bromsfunktioner, hålaxelarkitektur, flera industriella kommunikationsprotokoll och avancerade rörelsekontrollfunktioner, tillhandahåller HAG en högpresterande plattform för industrirobotar, kollaborativa robotar, humanoida robotar, medicinsk automation och avancerad industriell utrustning.

För ingenjörer som utvecklar nästa generations robotfogar erbjuder HAG en praktisk väg från precisionsöverföring av harmonisk tvärme till integrerad intelligent rörelsekontroll.