Kraftgeregelte Harmonic-Gelenkmodule: Eine Schlüssellösung für die Kommerzialisierung von Robotern

HONPINEkraftgeregelte Harmonic-Drive-Gelenkmodule wurden entwickelt, um die nächste Phase der Kommerzialisierung von Robotern zu unterstützen, in der Roboter mehr leisten müssen als nur eine präzise Positionierung. DieHAG-Serie nutzt eine Drehmomentregelung mit geschlossenem Regelkreis und integriert eine Drehmomenterfassung in das Gelenk. Dies ermöglicht eine kontinuierliche 360°-Drehung am Ausgang, eine präzisere Drehmomentregelung und eine Drehmomentrückmeldung in Echtzeit.

Mithilfe von Echtzeit-Kraftinformationen können Roboter natürlicher auf externe Lasten reagieren und eine nachgiebigere Interaktion mit Menschen, Objekten und ihrer Arbeitsumgebung erreichen.

Warum kraftgeregelte Robotergelenkmodule wählen?

Das „Handführungsgefühl“ beim Teaching mit Schwerkraftkompensation, die bei der Landung eines humanoiden Roboters erforderliche Stoßabsorption und die beim Polieren notwendige präzise Kontaktregelung beruhen alle auf derselben grundlegenden Fähigkeit: wie genau und wie schnell das Robotergelenk das Ausgangsdrehmoment messen und regeln kann.

In herkömmlichen positionsgeregelten Systemen basierte die Bewegungsrückmeldung traditionell auf Encoderdaten. Da sich Roboter in Richtung Kraftregelung und physischer Interaktion entwickeln, gewinnt die Drehmomentrückmeldung zunehmend an Bedeutung. Die Art der Gewinnung von Drehmomentrückmeldungen beeinflusst direkt die Regelungsleistung, die mechanische Integration, die Kostenstruktur und die Abmessungsbeschränkungen des Gelenkmoduls.

Ein kraftgeregeltes Gelenkmodul liefert dem Roboter mehr als Positionsinformationen. Es ermöglicht dem System, Drehmomente in Echtzeit zu erfassen und den Gelenkausgang entsprechend wechselnder Lasten anzupassen, wodurch die Grundlage für nachgiebige Bewegungen und physische Interaktion geschaffen wird.

Muss ein kraftgeregeltes Harmonic-Drive-Gelenkmodul größer sein?

Die Integration eines Drehmomentsensors bedeutet nicht zwangsläufig, dass das Gelenkmodul größer werden muss.

HONPINE integriert den Drehmomentsensor direkt in das Gelenkmodul, sodass die kraftgeregelten und nicht kraftgeregelten Konfigurationen dieselben Gesamtabmessungen beibehalten können. Dadurch können Kunden Konfigurationen auswählen oder zwischen ihnen wechseln, ohne wesentliche Änderungen an der mechanischen Struktur des Roboters vorzunehmen.

Wichtige Spezifikationen der kraftgeregelten HONPINE-Gelenkmodule

• Integrierte Drehmomenterfassung

• Drehmomentregelung mit geschlossenem Regelkreis

• Drehmomentregelgenauigkeit von weniger als 1%

• Drehmomentbandbreite von 50 Hz

• Kontinuierliche Ausgangsdrehung von 360°

• Kompakte integrierte Gelenkarchitektur

Einheitliche mechanische Abmessungen zwischen kraftgeregelten und nicht kraftgeregelten Versionen

Warum sind kraftgeregelte Gelenkmodule für die Entwicklung von Robotern wichtig?

Menschliche Gelenke wie Knie, Schultern, Ellbogen und Handgelenke sind nicht einfach mechanische Verbindungen zwischen Knochen. Sie koordinieren Bewegungen und reagieren gleichzeitig fortlaufend auf Kräfte, die von Muskeln und der umgebenden Umwelt erzeugt werden.

Beim Halten eines zerbrechlichen Glases passt die menschliche Hand beispielsweise die aufgebrachte Kraft auf natürliche Weise an das Gewicht und den Widerstand des Objekts an. Beim Schreiben mit einem Pinsel reguliert das Handgelenk kontinuierlich Kraft und Winkel, um kontrollierte Bewegungen zu erzeugen.

Auch Roboter benötigen bei der Interaktion mit der physischen Welt zunehmend ähnliche Fähigkeiten.

Präzise Krafterfassung für besser kontrollierte Bewegungen

Hochpräzise kraftgeregelte Gelenke können Echtzeitinformationen über das auf das Gelenk wirkende Drehmoment liefern. Dadurch kann die Robotersteuerung auf Änderungen der externen Last reagieren, anstatt sich ausschließlich auf vordefinierte Positionstrajektorien zu verlassen.

Diese Fähigkeit kann in Anwendungen wie den folgenden wertvoll sein:

• Präzisionsmontage

• Kontakterkennung

• Robotergestütztes Polieren und Schleifen

• Mensch-Roboter-Interaktion

• Schwerkraftkompensation

• Kollisionserkennung

• Nachgiebige Handhabung

Bei der Präzisionsmontage muss der Roboter beispielsweise möglicherweise Kontakt oder Einführwiderstand erkennen, bevor er die Bewegung fortsetzt. Die Drehmomentrückmeldung liefert zusätzliche Informationen, die dem Regelungssystem helfen können, die Gelenkbewegung entsprechend anzupassen.

Kraftregelung ermöglicht eine nachgiebigere Roboterinteraktion

Die traditionelle Positionsregelung ist sehr effektiv, wenn der Roboter in einer vorhersehbaren und strukturierten Umgebung arbeitet. Viele aufkommende Roboteranwendungen beinhalten jedoch unsichere Kontaktbedingungen.

Wenn ein Roboter mit einer Person interagiert, ein Objekt greift, eine Oberfläche berührt oder einen kontaktbasierten Prozess ausführt, reicht es möglicherweise nicht aus, lediglich eine vordefinierte Position zu erreichen.

Kraftgeregelte Gelenke bieten eine zusätzliche Rückmeldungsebene, sodass der Roboter auf externe Kräfte reagieren und nachgiebigere Bewegungen ausführen kann.

Dies ist besonders relevant für:

• Humanoide Roboter

• Kollaborative Roboter

• Geschickte Manipulation

• Robotergestützte Montage

• Polieren und Oberflächenbearbeitung

• Serviceroboter

Integrierte Gelenkmodule: Ein kompaktes „Mikrosystem“ im Inneren des Roboters

Einintegriertes Robotergelenkmodul ist möglicherweise ein relativ kleines Bauteil, kann jedoch mehrere kritische Technologien enthalten.

Ein typisches integriertes Gelenkmodul kann Folgendes kombinieren:

• Motor

• Harmonic-Drive-Getriebe

• Encoder

• Drehmomentsensor

• Antriebselektronik

• Bremse

• Kommunikationsschnittstellen

• Steuerungskomponenten

Durch die Integration dieser Komponenten in eine einzige Plattform auf Gelenkebene können Hersteller die Systemkomplexität reduzieren und die mechanische sowie elektrische Integration vereinfachen.

Integrierte Drehmomenterfassung für hochpräzise Roboteranwendungen

Die Ergänzung durch einen integrierten Drehmomentsensor verleiht dem Gelenkmodul über die herkömmliche Positionsrückmeldung hinaus eine zusätzliche Erfassungsfähigkeit.

Anstatt dem Gelenk lediglich vorzugeben, eine bestimmte Position zu erreichen, kann das Regelungssystem auch das am Gelenk erzeugte Drehmoment überwachen und auf Laständerungen reagieren.

Dies schafft die Grundlage für flexiblere Regelungsstrategien, insbesondere wenn der Roboter physisch mit seiner Umgebung interagieren muss.

HONPINE HAG Harmonic-Drive-Robotergelenkmodule

Die Serien HONPINE HAG und HAU integrieren Harmonic-Drive-Übertragung, Motor-, Sensor- und Steuerungstechnologien inkompakte Robotergelenkmodule.

Mit integrierter Drehmomenterfassung, Drehmomentregelung mit geschlossenem Regelkreis, einer Drehmomentregelgenauigkeit von weniger als 1% und einer Drehmomentbandbreite von 50 Hz ist die kraftgeregelte Konfiguration für Roboteranwendungen konzipiert, die mehr als eine herkömmliche Positionsregelung erfordern.

Die Tatsache, dass die kraftgeregelten und nicht kraftgeregelten Konfigurationen dieselben Gesamtabmessungen beibehalten können, bietet Roboterherstellern zudem größere Flexibilität bei der Entwicklung unterschiedlicher Produktkonfigurationen auf derselben mechanischen Plattform.

Anwendungen kraftgeregelter Harmonic-Drive-Gelenkmodule

Kraftgeregelte Harmonic-Drive-Gelenkmodule sind besonders relevant für Roboteranwendungen mit physischem Kontakt, variablen Lasten oder nachgiebigen Bewegungen, einschließlich:

• Humanoide Roboter

• Kollaborative Roboter

• Robotergestütztes Polieren und Schleifen

• Präzisionsmontage

• Geschickte robotergestützte Manipulation

• Mensch-Roboter-Interaktion

• Serviceroboter

Kontaktieren Sie HONPINE für Lösungen mit HAG-Robotergelenkmodulen

Für weitere Informationen zu den HONPINE HAG Harmonic-Drive-Robotergelenkmodulen und kraftgeregelten Gelenklösungen kontaktieren Sie HONPINE für technische Dokumentationen und Anwendungsunterstützung.