Lösningar med robotledsmoduler för armar och ben på humanoida robotar

Användningen av robotarmar expanderar snabbt inom ett brett spektrum av branscher. En robotöverkropp kan utgöra en del av en komplett humanoid robot, eller kombineras med en fast robotarm och mobil bas, eller en robotarm med en fingerfärdig hand, för att utföra uppgifter såsom plockning och placering av komponenter, skruvfastsättning, isättning och borttagning av kontaktdon, manövrering av brytare, hantering av lådor, användning av elverktyg, visionsstyrd plockning, lagerplockning, fordonsmontering, montering av 3C-elektronik, laboratoriearbete och medicinsk assistans.

Kärnan i dessa tillämpningar ärrobotledsmoduler, som spelar en avgörande roll för att leverera den erforderliga rörelsen, det vridmoment, den precision och den respons som krävs.

Mindre leder prioriterar generellt låg vikt och snabb respons, medan större leder kräver högre vridmomentsdensitet och tillförlitlighet. En bra ledlösning handlar inte bara om att skala upp eller ned samma modul. I stället bör varje led matchas exakt med sina specifika krav på belastning, rörelseomfång och styrning.

HONPINE's robotledsmoduler omfattar fyra serier av harmoniska ledmoduler —HPJM,TCHL,HAU ochHAG— samt serierna HPA och JRM med planetväxelbaserade ledmoduler.

I den här artikeln använder vi HONPINE HPJM-serien som exempel för att presentera en lösning med robotledsmoduler för humanoida robotars övre och nedre extremiteter.

Ledlösning för humanoida robotars övre extremiteter: Vridmomentsgraderad konfiguration för axel, armbåge och handled

Handled och fingrar: 3–10 Nm

Handleds- och fingerlederna är bland de minsta lederna i en humanoid robot. De kräver extremt låg vikt och snabb respons för att möjliggöra smidiga rörelser.

HONPINE HPJM-RE30-40-serien ger ett toppvridmoment på 3.3–4.8 Nm med en vikt på endast 0.19 kg, vilket gör den väl lämpad för handleder, fingrar och andra distala leder.

Med ett brett spänningsområde på 24–48 V, CAN-kommunikation och en högintegrerad konstruktion erbjuder modulen en kompakt lösning för lätta leder i humanoida robotar.

Armbåge: 20–50 Nm

Armbågsleden behöver bära belastningen från underarmen och handen samtidigt som den ger tillräckligt rörelseomfång.

HONPINE HPJM-RE50-60-serien ger upp till 34 Nm toppvridmoment med en vikt på 0.45 kg. Utväxlingsförhållanden på 51, 81 och 101 finns tillgängliga, vilket gör den till ett praktiskt val för armbågsleder i humanoida robotar.

För tillämpningar som kräver högre vridmoment ger HPJM-RE60-70-serien upp till 66 Nm toppvridmoment och uppfyller högre krav på nyttolast.

Axel: 50–150 Nm

Axeln är en av de största lederna i den övre extremiteten. Den behöver bära vikten av hela armen samtidigt som den ger ett stort rörelseomfång.

HONPINE HPJM-RE70-80-serien ger 69–108 Nm toppvridmoment, medan HPJM-RE80-97-serien levererar upp till 217 Nm toppvridmoment, vilket täcker ett brett spektrum av krav för axelleder, från lätta till mer belastningskrävande tillämpningar.

Versionen med dubbla kodare stöder både CAN och EtherCAT, vilket möjliggör mer exakt synkronisering och samordnad styrning mellan flera robotleder.

Lättviktskonstruktion för humanoida robotars övre extremiteter

En gemensam prioritering för leder i humanoida robotars övre extremiteter är viktminskning.

Jämfört med standardserien PRO i samma storleksklass är HONPINE HPJM-REPRO-S-serien cirka 15%–30% lättare. Detta kan vara särskilt värdefullt för humanoida robotar där kontroll av systemets totala vikt är avgörande.

Ledlösning för humanoida robotars nedre extremiteter: Balans mellan hög belastning och lättviktskonstruktion

Leder i de nedre extremiteterna utsätts för betydligt högre belastnings- och stötkrav än många leder i de övre extremiteterna. Den viktigaste utmaningen är att balansera vridmomentskapacitet, strukturell hållfasthet, respons och vikt.

Fotled: 30–80 Nm

Fotleden spelar en avgörande roll för att upprätthålla balansen och kräver snabb respons i kombination med tillräcklig vridmomentskapacitet.

Serierna HONPINE HPJM-RE50-70 och HPJM-RE60-70 kan användas för fotledstillämpningar och ger 34–66 Nm toppvridmoment med vikter på cirka 0.6–0.8 kg.

Detta ger en balans mellan svarshastighet och belastningskapacitet för fotleder i humanoida robotar.

Knä: 80–200 Nm

Knäleden utsätts för betydande stötbelastningar under gång, hukning och andra dynamiska rörelser. Den kräver därför hög vridmomentskapacitet och tillförlitlig drift.

HONPINE HPJM-RE80-97-serien ger 121–217 Nm toppvridmoment, medan HPJM-RE80-110-serien ger upp till 217 Nm toppvridmoment, vilket gör dessa serier lämpliga för en rad tillämpningar med knäleder i humanoida robotar.

Den stora hålaxelkonstruktionen, med ett genomgående hål på 27 mm, underlättar intern kabeldragning och genomföring av pneumatiska eller hydrauliska ledningar.

Höft: 150–800 Nm

Höften är en av de största och mest belastade lederna i en humanoid robot. Den behöver bära robotens totala kroppsvikt samtidigt som den möjliggör rörelse i flera axlar.

HONPINE HPJM-RE100-120-serien ger 267–459 Nm toppvridmoment, medan HPJM-RE110-145-serien levererar upp till 491–800 Nm toppvridmoment och erbjuder alternativ med högt vridmoment för krävande tillämpningar med höftleder.

Produkten är specificerad för mer än 10,000 timmars livslängd samtidigt som noggrannheten bibehålls under angivna kontinuerliga vridmomentsförhållanden, vilket stöder långsiktig driftsäkerhet.

Varför integrerade harmoniska ledmoduler är viktiga för humanoida robotar

För humanoida robotars nedre extremiteter är en av de viktigaste tekniska utmaningarna att uppnå rätt balans mellan hög belastningskapacitet och lätt konstruktion.

HONPINE HPJM-serien kombinerar en harmonisk reduktionsväxel med en ramlös vridmomentsmotor och ger hög vridmomentsdensitet i ett kompakt utförande. Ett korsrullager ger hög axiell och radiell belastningskapacitet samtidigt som det erbjuder starkt motstånd mot stötbelastningar.

Denna integrerade arkitektur kombinerar de huvudkomponenter som krävs för en robotled i en kompakt modul, vilket bidrar till att minska komplexiteten och den totala vikten hos ledenheten.

Robotledsmoduler och arbetsområdet för humanoida robotarmar

En robotarms mest grundläggande funktion är att nå utåt. Den verkliga utmaningen är dock om armen kan täcka ett tillräckligt stort arbetsområde, nå mål med lämplig position och samordnas effektivt med robotens visionssystem, överkropp och nedre extremiteter.

Den övre extremiteten fungerar som en distal konsolarm och skapar därför en belastning med lång hävarm. På en humanoid robot kan armens egen vikt generera betydande vältande moment på höften, midjan och de nedre extremiteterna.

En integrerad robotledsmodul kan bidra till att minska vikten och komplexiteten hos varje led samtidigt som det vridmoment, den styrning och den rörelseprestanda som krävs för tillämpningen bibehålls. Detta möjliggör mer kompakta och responsiva humanoida robotarmar samtidigt som samordnad rörelse för hela kroppen stöds.

Kontakta HONPINE för att få veta mer om våra robotledsmoduler och diskutera en lämplig ledlösning för din tillämpning med humanoida robotar.