Varför T-Type-harmoniska roterande ledmoduler är idealiska för kollaborativa robotarmar

Samarbetande robotarmar blir allt mer kompakta, samtidigt som deras rörelsekrav fortsätter att öka. En enda led kan behöva ge exakt positionering, tillräckligt vridmoment, mjuka rörelser, återkoppling, bromsning och tillförlitlig kabeldragning inom ett mycket begränsat utrymme.

Det är möjligt att bygga dessa funktioner av separata komponenter, men det kan göra ledkonstruktionen mer komplex. Motorn, växellådan, pulsgivaren, bromsen, drivdonet och kopplingen måste alla installeras, riktas in och anslutas.

EnT-typ harmonisk rotationsledmodulanvänder ett annat tillvägagångssätt. I stället för att behandla transmissionen, motorn och styrkomponenterna som separata delar integreras de i en kompakt rotationsled. Denna arkitektur är särskilt användbar för samarbetande robotarmar där det mekaniska utrymmet och ledarrangemanget är viktiga konstruktionsfaktorer.

Vad är en T-typ harmonisk rotationsledmodul?

En T-typ harmonisk rotationsledmodul är en integrerad rotationsled som är konstruerad för robotiserade rörelsesystem. Beroende på konfiguration kombinerar den en vridmomentmotor, en harmonisk reducerare, precisionssensorer, broms och drivdon i en enda modul.

Namnet ”T-typ” kommer från den mekaniska layouten. Utgående fläns är placerad vinkelrätt mot motoraxeln, vilket skapar ett T-format arrangemang i stället för en konventionell linjär konstruktion.

Denna konfiguration ger robotkonstruktörer ytterligare ett alternativ vid arrangering av leder mellan armsegment. Den kan vara särskilt användbar för kompakta samarbetande robotarmar, fleraxliga manipulatorer och andra mekanismer där motoraxelns och utgående axelns orientering måste hanteras noggrant.

Varför ledkonstruktionen är viktig i samarbetande robotar

En samarbetande robot är inte bara en mindre industrirobot. Dess leder måste balansera flera krav samtidigt.

Roboten behöver tillräckligt vridmoment för att bära sin nyttolast, men överdriven ledstorlek och vikt kan öka belastningen på axlarna längre bak i armen. Transmissionen måste ge exakta och repeterbara rörelser, samtidigt som styrsystemet behöver tillförlitlig återkoppling av position och vridmoment.

Det finns också den praktiska frågan om utrymme.

När robotarmar blir lättare och mer kompakta finns det mindre plats för separata växellådor, kopplingar, bromsar, pulsgivare och kabelenheter. Ledens mekaniska konstruktion blir därför en viktig del av robotens övergripande arkitektur.

Det är här en integrerad harmonisk ledmodul kan vara användbar.

Fördelarna med en T-formad ledarkitektur

Den huvudsakliga skillnaden mellan en T-typ-led och en konventionell linjär led är förhållandet mellan motoraxeln och den utgående axeln.

I en linjär konfiguration är motorn och utgången placerade längs samma axel. I en T-typ-konfiguration är den utgående flänsen placerad vinkelrätt mot motoraxeln.

Flexiblare integrering

Det vinkelräta arrangemanget kan ge konstruktörer större frihet när en led ska placeras i en robotarm.

Detta kan vara användbart kring armbågs- och handledskonstruktioner, där flera axlar måste få plats inom en relativt liten mekanisk volym.

I stället för att tvinga motorn och reduceraren att följa en enda rak axel gör den T-formade arkitekturen det möjligt att arrangera leden efter robotens geometri.

Kompakt integrering mellan armsegment

Robotarmens segment ansluts normalt genom flera rotationsleder. Om varje led kräver ytterligare kopplingar, fästen och transmissionskomponenter kan den mekaniska strukturen snabbt bli överbelastad.

En T-typ harmonisk rotationsledmodul samlar de viktigaste rörelsekomponenterna i en enda enhet, vilket minskar antalet separata mekaniska gränssnitt som måste konstrueras kring leden.

Renare intern kabeldragning

Kabelhantering blir allt viktigare när antalet robotaxlar ökar.

Strömkablar, pulsgivarledningar, kommunikationslinjer och andra anslutningar måste röra sig upprepade gånger när roboten arbetar. En hålaxelkonstruktion kan ge en intern kabelväg, minska externa kabelslingor och bidra till att hålla ledmontaget organiserat.

Varför används harmoniska reducerare i robotleder?

Den harmoniska reduceraren är transmissionselementet i centrum av denna typ av led.

En harmonic drive använder en våggenerator, flexspline och circular spline för att uppnå ett högt reduktionsförhållande i en kompakt mekanism. Detta gör den väl lämpad för tillämpningar där motorn måste producera en kontrollerad utgående effekt med högt vridmoment utan att en stor konventionell växellåda används.

Högt reduktionsförhållande i ett kompakt format

Motorn kan arbeta med relativt hög hastighet medan robotleden kräver en mycket lägre utgående hastighet.

Den harmoniska reduceraren omvandlar denna ingående hastighet till ett högre utgående vridmoment samtidigt som den kompakta formen bibehålls. För robottillverkare bidrar detta till att skapa leder som kan leverera erforderligt vridmoment utan att göra armen onödigt stor.

Litet glapp för exakta rörelser

Glapp i en transmission kan påverka positioneringen, särskilt när rörelseriktningen ändras.

Harmonisk transmission är känd för sina egenskaper med lågt glapp. I kombination med en lämplig pulsgivare och ett slutet reglersystem kan den ge de exakta och repeterbara rörelser som krävs i robotiserade tillämpningar.

Hög vridmomenttäthet

Vikten är en viktig faktor i en fleraxlig robot.

Om en led blir tyngre kan motorerna och lederna längre bak i armen behöva kompensera för den extra belastningen. En kompakt harmonisk transmission med hög vridmomenttäthet kan därför bidra till att upprätthålla en rimlig balans mellan ledvridmoment, vikt och robotens totala storlek.

Integrerade komponenter förenklar utvecklingen av robotleder

En konventionell robotled kan monteras av flera separata komponenter:

Motor + växellåda + pulsgivare + broms + drivdon + koppling + kablage

Varje komponent måste väljas och integreras i den mekaniska konstruktionen. Även inriktning, montering, kabeldragning och kommunikation måste beaktas.

En integrerad ledmodul förändrar denna utvecklingsprocess.

I stället för att konstruera hela leden kring enskilda komponenter kan konstruktörerna utgå från en definierad ledmodul och utforma den omgivande robotstrukturen kring dess gränssnitt.

Mindre mekaniskt integrationsarbete

Motorn, den harmoniska reduceraren och återkopplingskomponenterna är redan arrangerade som en funktionell enhet.

Detta minskar antalet mekaniska gränssnitt som måste konstrueras och kan göra den övergripande robotarkitekturen enklare att hantera.

Snabbare montering och byte

En modulär konstruktion kan också förenkla monteringen.

För robottillverkare som producerar flera modeller eller prototyper kan en standardiserad ledmodul återanvändas i olika armkonfigurationer. Om underhåll krävs kan det också vara enklare att byta ut en komplett ledmodul än att demontera flera enskilda transmissionskomponenter.

Minskad komplexitet i kabeldragningen

Integrering av drivdon och återkopplingskomponenter i leden kan minska mängden extern kabeldragning som krävs, beroende på modulens konfiguration.

För kompakta robotarmar kan detta göra stor skillnad både för monteringen och kabelhanteringen.

Exakt rörelse och återkoppling i samarbetande robotleder

Mekanisk transmission är endast en del av ledens prestanda. Återkopplingssystemet avgör hur styrningen vet var leden befinner sig och hur den reagerar på rörelsekommandon.

En harmonisk rotationsledmodul kan kombinera reduceraren med precisionssensorer och elektronik för motorstyrning. Styrenheten kan därefter använda återkopplingen för att reglera motorn och bibehålla den angivna ledpositionen.

Denna arkitektur kan stödja tillämpningar som kräver:

• Exakt positionering

• Repeterbara rörelser

• Mjuk acceleration och retardation

• Snabb respons

• Positionsåterkoppling

• Vridmomentsåterkoppling

• Hybridstyrning av kraft och position

För samarbetande robotar är de två sista funktionerna särskilt viktiga i tillämpningar som innebär kontakt med föremål eller den omgivande miljön.

Var kan T-typ harmoniska rotationsledmoduler användas?

Den T-formade arkitekturen lämpar sig för mer än en typ av robotsystem.

Samarbetande robotarmar

Samarbetande robotar är en naturlig tillämpning eftersom deras leder måste förbli kompakta samtidigt som de ger kontrollerade och repeterbara rörelser.

Typiska tillämpningar omfattar:

• Montering

• Plockning och placering

• Maskinbetjäning

• Inspektion

• Förpackning

• Lätt materialhantering

Medicinska robotar och rehabiliteringsrobotar

Medicinsk utrustning och rehabiliteringsutrustning kräver ofta kompakta rotationsmekanismer med kontrollerade rörelser.

En integrerad harmonisk led kan minska antalet externa mekaniska komponenter samtidigt som den ger det vridmoment och den positioneringsprestanda som roboten kräver.

Precisionsautomationsutrustning

Samma typ av ledarkitektur kan också övervägas för precisionsautomationsutrustning som kräver kompakt rotationsrörelse.

Exempel omfattar automatiserad inspektionsutrustning, positioneringsmekanismer och andra rörelsestyrsystem.

Fleraxliga robotsystem

När flera rotationsaxlar måste arrangeras inom ett begränsat utrymme blir den fysiska utformningen av varje led viktig.

En T-typ harmonisk rotationsledmodul kan ge ytterligare ett mekaniskt alternativ för att arrangera dessa axlar samtidigt som transmissions- och styrkomponenterna hålls integrerade.

T-typ harmonisk ledmodul jämfört med en konventionell robotled

Den huvudsakliga skillnaden är integrationsnivån och den mekaniska utformningen.

En konventionell led kan använda separata komponenter som ansluts genom axlar, kopplingar och monteringsstrukturer. En integrerad T-typ-modul samlar de viktigaste rörelsestyrningselementen i en enda enhet.

Den bästa lösningen beror fortfarande på robotens vridmoment, hastighet, storlek, nyttolast, styrarkitektur och säkerhetskrav. Fördelen med en integrerad modul är att många av dessa konstruktionsuppgifter kan hanteras inom en enda ledmontering.

Vad bör man tänka på vid val av en T-typ harmonisk ledmodul?

Valet av ledmodul bör börja med robotens faktiska rörelsekrav i stället för enbart motorns maximala vridmoment.

Utgående vridmoment

Beakta både kontinuerligt och maximalt vridmoment tillsammans med nyttolast, armlängd, acceleration, gravitationsbelastning och arbetscykel.

Ledens storlek och vikt

Ledens vikt blir särskilt viktig på robotarmens yttre axlar. En kompakt led kan bidra till att minska belastningen på lederna längre bak i armen.

Positions- och vridmomentsåterkoppling

Pulsgivarens och sensorernas konfiguration bör motsvara den positionerings- och styrprestanda som krävs. Tillämpningar som omfattar kraftstyrning kan även kräva vridmomentsåterkoppling.

Bromskonfiguration

Om roboten behöver hålla sin position när strömmen bryts bör bromskonfigurationen beaktas vid valet av led.

Skyddsnivå och driftmiljö

Damm, fukt och temperatur kan påverka vilken ledkonfiguration som är lämplig. Den erforderliga skyddsnivån bör därför väljas utifrån den faktiska driftmiljön.

Kabeldragning

För fleraxliga samarbetande robotar kan intern kabeldragning förenkla den mekaniska konstruktionen och minska störningar under upprepade rörelser. En hålaxelstruktur kan vara särskilt användbar i detta avseende.

HONPINE T-typ harmonisk rotationsledmodul

För tillverkare av samarbetande robotar som söker en integrerad rotationsledlösning kombinerar HONPINE T-Type Harmonic Rotary Joint Moduleen harmonisk reducerare, vridmomentmotor, precisionssensorer, broms och drivdon i ett kompakt ledmontage.

Den T-formade strukturen placerar den utgående flänsen vinkelrätt mot motoraxeln, vilket ger konstruktörer större flexibilitet vid arrangering av kompakta robotleder. Modulen är konstruerad för tillämpningar som kräver exakta rörelser, högt utgående vridmoment och integrerade styrfunktioner.

Den integrerade arkitekturen kan bidra till att förenkla utvecklingen av robotleder, minska antalet separata komponenter och förbättra kabelhanteringen.

För detaljerade specifikationer och konfigurationsinformation, besök produktsidan för HONPINE T-Type Harmonic Rotary Joint Module.

Slutsats

Leden är ett av de viktigaste mekaniska elementen i en samarbetande robotarm. Den måste leverera vridmoment och precision samtidigt som den får plats inom ett begränsat utrymme och fungerar tillförlitligt genom upprepade rörelsecykler.

En T-typ harmonisk rotationsledmodul hanterar denna utmaning genom att kombinera motor, harmonisk reducerare, avkänning, bromsning och styrfunktioner i en kompakt enhet. Dess vinkelräta ingångs- och utgångsarrangemang kan också ge större flexibilitet vid konstruktion av geometrin hos en fleraxlig robotarm.

För samarbetande robotar, medicinska robotar och precisionsautomationsutrustning kan denna kombination av kompakt integrering, harmonisk transmission och integrerad styrning förenkla utvecklingen av det kompletta robotsystemet.