Gelenklösung für Outdoor-Roboter: Harmonic-Drive-Gelenkmodul mit integriertem Drehmomentsensor

Hallo zusammen, ich bin Theodore Li, Technischer Direktor bei HONPINE.

Da Roboter zunehmend über kontrollierte Fabrikumgebungen hinaus eingesetzt werden, verändern sich die Anforderungen an Robotergelenke. Außenroboter müssen möglicherweise bei Regen, Staub, wechselnden Temperaturen, niedrigen Temperaturen und unter Bedingungen arbeiten, bei denen die externe Last schwer vorhersehbar ist. In diesen Anwendungen muss ein Robotergelenk mehr leisten als lediglich eine Drehbewegung bereitzustellen. Es muss zuverlässige Bewegung, mechanischen Schutz und nützliche Rückmeldungen für das Robotersteuerungssystem bieten.

Aus diesem Grund haben wir Harmoniegelenklösungen mit integrierter Drehmomenterfassung für Roboteranwendungen im Außenbereich entwickelt.

Aus unserer Erfahrung in der Zusammenarbeit mit Kunden ergeben sich wiederholt mehrere Anforderungen: Der Roboter muss das tatsächliche Drehmoment am Gelenk kennen, der Aktuator benötigt einen geeigneten Umweltschutz, der Kabelausgang muss angemessen geschützt sein, und das Gelenk muss auch bei sehr niedrigen Temperaturen zuverlässig weiterarbeiten.

In diesem Artikel möchte ich mich auf diese praktischen technischen Anforderungen konzentrieren und erläutern, wie unser Harmoniegelenkmodul diese erfüllt.

Was unterscheidet ein Robotergelenk für den Außenbereich?

Ein Industrieroboter, der innerhalb einer Fabrik arbeitet, befindet sich normalerweise in einer relativ kontrollierten Umgebung. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Staub und mechanische Bedingungen können häufig gesteuert werden.

Bei Außenrobotern ist dies anders.

Ein im Freien installierter Roboter kann Regen, Staub, Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und unerwarteten mechanischen Kontakten ausgesetzt sein. Der Roboter kann außerdem auf unebenen Flächen arbeiten oder direkt mit Strukturen, Werkzeugen oder anderen Objekten interagieren.Diese Bedingungen stellen das Robotergelenk vor mehrere Herausforderungen.

Das Gelenk benötigt ausreichendes Ausgangsdrehmoment und Positioniergenauigkeit, muss jedoch auch den tatsächlichen Umgebungsbedingungen rund um den Roboter standhalten. Gleichzeitig benötigt das Steuerungssystem möglicherweise Informationen über die auf das Gelenk wirkende mechanische Last.

Aus diesem Grund sollte ein Robotergelenk für den Außenbereich meines Erachtens gleichzeitig aus mehreren Perspektiven bewertet werden: Bewegungsleistung, Drehmomentrückmeldung, Umweltschutz, Temperaturbeständigkeit und mechanische Integration.

Integrierter Drehmomentsensor für direkte Drehmomentdaten

Eine der wichtigen Eigenschaften unseres Harmoniegelenkmoduls ist der integrierte Drehmomentsensor.

Statt sich ausschließlich auf motorseitige Informationen zu stützen, kann das Gelenk das Drehmoment auf der Abtriebsseite erfassen und drehmomentbezogene Daten an das Steuerungssystem liefern.

Dadurch erhält der Roboter ein direkteres Verständnis der auf das Gelenk wirkenden mechanischen Last.

Beispielsweise kann die Positionsrückmeldung dem Roboter mitteilen, wo sich das Gelenk befindet. Die Drehmomentrückmeldung liefert zusätzliche Informationen darüber, welcher mechanischen Last das Gelenk ausgesetzt ist.

Diese Unterscheidung ist für Außenroboter besonders wichtig, da sich die externe Last kontinuierlich ändern kann.

Der Roboter kann auf ein unerwartetes Objekt treffen, Widerstand aus der Arbeitsumgebung erfahren oder eine kontrollierte Kraft auf eine Struktur ausüben müssen. In diesen Situationen kann die Kenntnis des tatsächlichen Ausgangsdrehmoments dem Robotercontroller zusätzliche Informationen liefern.

Warum ist die Drehmomenterfassung auf der Abtriebsseite wichtig？

Bei einem Robotergelenk kann sich die tatsächliche mechanische Last auf der Abtriebsseite von den Informationen unterscheiden, die allein vom Motor erhalten werden.

Deshalb kann die Drehmomenterfassung auf der Abtriebsseite nützlich sein, wenn der Roboter seine Interaktion mit der umgebenden Umgebung verstehen muss.

Die Positionsrückmeldung zeigt dem Roboter die Position des Gelenks an, während die Drehmomentrückmeldung Informationen über die durch das Gelenk übertragene mechanische Last liefert.

Bei Roboteranwendungen im Außenbereich können diese zusätzlichen Informationen wertvoll sein, wenn der Roboter gegen sich ändernden Widerstand arbeitet, externe Strukturen berührt oder Aufgaben ausführt, bei denen die aufgebrachte Kraft überwacht werden muss.

Direkte Drehmomentdaten von der Gelenkantriebsplatine

Bei Kunden, die unsere Gelenkkonfiguration mit Drehmomenterfassung verwenden, können Drehmomentinformationen über die integrierte Antriebselektronik verarbeitet und dem Steuerungssystem des Kunden bereitgestellt werden.

Das bedeutet, dass der Kunde nicht unbedingt eine vollständig separate externe Struktur zur Drehmomenterfassung um das Gelenk herum aufbauen muss.

Das Grundkonzept ist einfach:

Mechanische Last → Drehmomenterfassung auf der Abtriebsseite → Antriebselektronik → Drehmomentdaten → Robotercontroller

Die tatsächliche Schnittstelle und das Datenformat hängen von der gewählten Produktkonfiguration und der Steuerungsarchitektur des Kunden ab.

Drehmomentdaten können als Teil einer umfassenderen Robotersteuerungsstrategie eingesetzt werden, einschließlich Lastüberwachung, Drehmomentbegrenzung, Kollisionserkennung und kraftsensibler Bewegung. Die spezifischen Steuerungsfunktionen hängen davon ab, wie der Kunde das Drehmomentsignal in die Software und das Steuerungssystem des Roboters integriert.

Bei Roboteranwendungen im Außenbereich können diese zusätzlichen mechanischen Informationen besonders wertvoll sein, da die Betriebsbedingungen oft weniger vorhersehbar sind als bei herkömmlichen Fabrikanlagen.

IP65-Schutz für Robotergelenkanwendungen im Außenbereich

Der Umweltschutz ist ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt.

Unser Harmoniegelenkmodul kann die Schutzart IP65 erreichen und eignet sich daher für viele Roboteranwendungen im Außenbereich, bei denen Schutz gegen Staub und Wasserstrahlen erforderlich ist.

Bei der Konstruktion eines Außenroboters sollten Ingenieure jedoch einen wichtigen Punkt berücksichtigen.

Die IP-Schutzart des Gelenks selbst bedeutet nicht automatisch, dass der vollständige Roboter denselben Schutzgrad besitzt.

Der Gesamtschutz des Robotersystems kann auch durch Steckverbinder, Kabel, Kabelausgang, hintere Abdeckung, Montageschnittstelle und Dichtungsstruktur beeinflusst werden.

Mit anderen Worten: Um einen zuverlässigen Schutz im Außenbereich zu erreichen, muss die vollständige mechanische Installation betrachtet werden und nicht nur das Aktuatorgehäuse.

Schutz der hinteren Abdeckung und des Kabelausgangs

Der hintere Kabelausgang ist bei der Integration von Außenrobotern häufig einer der Bereiche, die besondere Aufmerksamkeit erfordern.

In vielen Projekten konstruieren und fertigen Kunden die hintere Abdeckung selbst entsprechend ihrer Roboterstruktur, den Anforderungen an die Kabelführung und ihrer allgemeinen Schutzstrategie. Dies ist oft die praktischste Lösung, da die hintere Abdeckung zum mechanischen Design des Kunden passen muss.

HONPINE kann bei Bedarf auch kundenspezifische hintere Abdeckungen bereitstellen.

Da eine kundenspezifische hintere Abdeckung jedoch nicht standardmäßige mechanische Konstruktion, Bearbeitung und möglicherweise zusätzliche Validierung umfasst, sind die Kosten im Allgemeinen höher als bei einer hinteren Abdeckung, die direkt vom Kunden konstruiert und gefertigt wird.

Daher empfehlen wir Kunden normalerweise, zunächst zu bewerten, ob ihre bestehende Struktur der hinteren Abdeckung den erforderlichen Schutz bieten kann. Wenn eine bestimmte Schnittstelle, Kabelführungsstruktur oder Schutzanforderung eine Anpassung erforderlich macht, kann HONPINE die entsprechende kundenspezifische Lösung besprechen.

Dieser Ansatz bietet Kunden mehr Flexibilität, ohne die Anpassung unnötig kompliziert zu machen.

Tieftemperaturfett für kalte Außenumgebungen

Die Temperatur ist ein weiterer Faktor, der bei der Konstruktion eines Robotergelenks für den Außenbereich nicht ignoriert werden kann.

Ein Gelenk, das bei Raumtemperatur zuverlässig arbeitet, kann eine andere Schmierlösung erfordern, wenn der Roboter sehr niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist.

Für Anwendungen in kalten Umgebungen kann ein geeignetes Tieftemperaturfett entsprechend der tatsächlichen Umgebungstemperatur, dem Ausgangsdrehmoment, der Drehzahl, dem Arbeitszyklus und den Schmieranforderungen ausgewählt werden.

Ziel ist es nicht lediglich, ein Fett mit einer Tieftemperaturklassifizierung festzulegen. Der Schmierstoff muss unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Kunden mit dem vollständigen Getriebesystem zusammenwirken.

Dies ist besonders wichtig für Außenroboter, die nach längerer Einwirkung niedriger Temperaturen starten und arbeiten müssen.

Kompaktes Harmonic-Drive-Getriebe für Robotergelenke im Außenbereich

Das Harmonic-Drive-Getriebe selbst bietet ebenfalls mehrere Vorteile für die Konstruktion von Robotergelenken.

Ein Harmonic-Drive-Getriebe kann in einer relativ kompakten Struktur eine hohe Untersetzung bieten. Dadurch kann die hochdrehende Bewegung des Motors in eine niedrigere Abtriebsdrehzahl und ein höheres Ausgangsdrehmoment umgewandelt werden, ohne ein großes mehrstufiges Getriebesystem zu benötigen.

Für Robotergelenke ermöglicht dies eine hohe Drehmomentdichte bei kompakter Bauweise des Aktuators.

Die spielarmen Eigenschaften eines Harmonic-Drive-Getriebes sind auch bei Anwendungen nützlich, die eine präzise und wiederholbare Gelenkpositionierung erfordern.

Bei der Auswahl eines Harmoniegelenks für einen Außenroboter würde ich jedoch nicht empfehlen, nur auf die Untersetzung zu achten.

Ingenieure sollten die vollständigen Betriebsbedingungen berücksichtigen, einschließlich Ausgangsdrehmoment, Spitzendrehmoment, Abtriebsdrehzahl, Beschleunigung und Verzögerung, Arbeitszyklus, Radiallast, Axiallast und Momentenlast.

Ein Gelenk mit einer geeigneten Untersetzung kann dennoch ungeeignet sein, wenn seine tatsächlichen Lastbedingungen nicht den Fähigkeiten des Aktuators entsprechen.

Die mechanische Integration ist ebenso wichtig wie die Gelenkleistung

In praktischen Roboterprojekten muss ein technisch leistungsfähiger Aktuator dennoch zur mechanischen Struktur des Roboters passen.

Einbaumaße, Flanschschnittstelle, Abtriebsstruktur, Kabelführung und Anordnung der hinteren Abdeckung können sich alle auf das endgültige Design auswirken.

Deshalb arbeiten wir häufig mit Kunden an der mechanischen Integration des Gelenks, anstatt den Aktuator als isolierte Komponente zu behandeln.

Je nach Projekt kann der Kunde spezifische Anforderungen an die Abtriebsschnittstelle, Einbaumaße, Kabelrichtung oder umgebende mechanische Struktur haben.

Einige Kunden bevorzugen es, diese Schnittstellen selbst zu konstruieren, während andere Unterstützung durch den Aktuatorhersteller benötigen.

Unser Ziel ist es, das Gelenk an den Roboter anzupassen, anstatt die Roboterstruktur um einen Standardaktuator herum neu konstruieren zu müssen.

Drehmomenterfassung und Umweltschutz wirken zusammen

Bei einem Außenroboter lösen Drehmomenterfassung und Umweltschutz zwei unterschiedliche Probleme.

Die Drehmomenterfassung liefert Informationen darüber, was mechanisch geschieht.

Der Umweltschutz unterstützt das Gelenk dabei, unter externen Bedingungen weiterzuarbeiten.

Diese beiden Aspekte sind unabhängig voneinander, werden jedoch wertvoller, wenn sie in einem Gelenkmodul kombiniert werden.

Ein Roboter muss möglicherweise eine externe Last erkennen und gleichzeitig in einer Umgebung mit Staub, Feuchtigkeit oder starken Temperaturschwankungen arbeiten.

In einem solchen System ist das Gelenk nicht nur eine Getriebekomponente. Es wird zu einem wichtigen Bestandteil der Bewegungs- und Sensorarchitektur des Roboters.

Dies ist ein Grund, warum ein integriertes Gelenkmodul das Gesamtdesign des Roboters vereinfachen kann.

Bewährt in Roboteranwendungen im Außenbereich

Wir haben bereits Harmoniegelenkmodule für mehrere Arten von Robotergeräten im Außenbereich geliefert.

Roboter zur Installation von Solarmodulen

Ein Beispiel ist ein Kunde in Kanada, der HONPINE-Harmoniegelenkmodule in einem Roboter für die Installation von Solarmodulen im Außenbereich einsetzt.

HONPINE-Harmoniegelenkmodule in einem Roboter für die Installation von Solarmodulen im Außenbereich in Kanada.

Bauroboter für den Außenbereich

Wir haben auch an Anforderungen für Bauroboter im Außenbereich gearbeitet, bei denen das Gelenk unter wechselnden Umgebungsbedingungen arbeiten und gleichzeitig bei Bauaufgaben entstehende mechanische Lasten bewältigen muss.

Roboterarme für die Außenreinigung

Roboterarme für die Außenreinigung sind eine weitere Anwendungsart, bei der kompakte Installation, zuverlässige Bewegung, Umweltschutz und Lastrückmeldung gleichermaßen wichtig sein können.

Obwohl sich diese Anwendungen voneinander unterscheiden, haben sie mehrere gemeinsame Anforderungen: kompakte Gelenkinstallation, zuverlässige Drehmomentübertragung, Umweltschutz und die Möglichkeit, den Aktuator an die mechanische Struktur des Kunden anzupassen.

Für uns sind diese Projekte wertvoll, weil praktische Anwendungen direkte Rückmeldungen dazu geben, was ein Robotergelenk für den Außenbereich über die grundlegende Bewegung hinaus leisten muss.

Was sollten Ingenieure bei der Auswahl eines Robotergelenks für den Außenbereich berücksichtigen?

Bei der Auswahl eines Harmoniegelenkmoduls für einen Außenroboter empfehle ich, die Anwendung als Gesamtsystem zu bewerten, statt den Aktuator anhand einer einzigen Spezifikation auszuwählen.

Die erste Überlegung betrifft das erforderliche Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl. Sowohl kontinuierliche als auch Spitzenbetriebsbedingungen sollten bewertet werden, insbesondere wenn der Roboter häufig beschleunigt, verzögert oder die Richtung ändert.

Die zweite Überlegung betrifft die mechanische Last. Radiallast, Axiallast und Biegemoment können je nach Einbau des Gelenks und der Art, wie der Robotermechanismus externe Kräfte auf den Aktuator überträgt, wichtig sein.

Die dritte Überlegung ist der Umweltschutz. Wenn der Roboter im Freien arbeitet, sollten Ingenieure nicht nur den Schutzgrad des Aktuatorgehäuses, sondern auch von Steckverbindern, Kabeln, Kabelausgängen, hinterer Abdeckung und Montageschnittstellen betrachten.

Die Temperatur sollte ebenfalls von Beginn des Konstruktionsprozesses an berücksichtigt werden. Für kalte Umgebungen sollten Schmierstoff und andere Materialien entsprechend den tatsächlichen Betriebsbedingungen ausgewählt werden.

Wenn der Roboter kraftsensible Betriebsabläufe oder die Überwachung mechanischer Lasten erfordert, sollten schließlich Verfügbarkeit und Schnittstelle der Drehmomentrückmeldung bereits zu Beginn des Projekts bewertet und nicht später ergänzt werden.

HONPINE-Harmoniegelenkmodul für Außenrobotik

Bei HONPINE besteht unser Ansatz für Robotergelenke im Außenbereich nicht einfach darin, ein Harmonic-Drive-Getriebe und einen Motor zusammenzufügen.

Wir konzentrieren uns auf die Anforderungen, die die vollständige Roboteranwendung beeinflussen.

Unser Harmoniegelenkmodul kann präzise Harmonic-Drive-Getriebetechnik mit Drehmomenterfassung, integrierter Elektronik und einer umweltgeschützten mechanischen Struktur kombinieren.

Für Außenanwendungen umfassen die wichtigsten Fähigkeiten:

• Integrierte Drehmomenterfassung und direkte Drehmomentdaten

• Gelenkschutz mit IP65-Fähigkeit

• Optionen für Tieftemperaturschmierung

• Flexible mechanische Integration

• Kundenspezifische Lösungen für hintere Abdeckungen bei Bedarf

• Kompaktes Harmonic-Drive-Getriebe mit hoher Drehmomentdichte

Diese Eigenschaften bieten Ingenieuren mehr Möglichkeiten bei der Entwicklung von Robotersystemen, die außerhalb einer kontrollierten Fabrikumgebung arbeiten müssen.

Gleichzeitig benötigt nicht jeder Außenroboter dieselbe Konfiguration. Das geeignete Gelenk sollte entsprechend den tatsächlichen Anforderungen des Roboters an Drehmoment, Drehzahl, mechanische Last, Temperatur, Schutz und Steuerung ausgewählt werden.

Fazit

Die Außenrobotik wird immer anspruchsvoller.

Da Roboter auf Baustellen, in der Außenwartung, bei der Solarinstallation, Reinigung und in anderen unstrukturierten Umgebungen eingesetzt werden, muss das Robotergelenk mehr als nur präzise Drehbewegungen bereitstellen.

Es muss der Umgebung standhalten, nützliche mechanische Rückmeldungen liefern und sich zuverlässig in die Struktur des Roboters integrieren lassen.

Für diese Anwendungen kann ein Harmoniegelenkmodul mit integrierter Drehmomenterfassung eine wirkungsvolle Kombination aus Präzisionsgetriebe, kompakter Integration und direkten Informationen über mechanische Lasten bieten.

Bei HONPINE arbeiten wir weiterhin mit Kunden an diesen praktischen Anforderungen, einschließlich Drehmomenterfassung, Umweltschutz, Tieftemperaturbetrieb und mechanischer Anpassung.

Wenn Sie einen Roboterarm für den Außenbereich, einen Bauroboter, einen Roboter zur Solarinstallation oder ein anderes Robotersystem für den Außenbereich entwickeln, können wir die erforderliche Gelenkkonfiguration auf Grundlage Ihres Drehmoments, Ihrer Drehzahl, Ihrer mechanischen Schnittstelle und Ihrer Umgebungsbedingungen bewerten.

Das richtige Robotergelenk ist nicht einfach das mit der höchsten Spezifikation. Es ist dasjenige, das den tatsächlichen Anforderungen des Roboters entspricht.

Was unterscheidet ein Robotergelenk für den Außenbereich?

Ein Industrieroboter, der innerhalb einer Fabrik arbeitet, befindet sich normalerweise in einer relativ kontrollierten Umgebung. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Staub und mechanische Bedingungen können häufig gesteuert werden.

Bei Außenrobotern ist dies anders.

Ein im Freien installierter Roboter kann Regen, Staub, Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und unerwarteten mechanischen Kontakten ausgesetzt sein. Der Roboter kann außerdem auf unebenen Flächen arbeiten oder direkt mit Strukturen, Werkzeugen oder anderen Objekten interagieren.

Diese Bedingungen stellen das Robotergelenk vor mehrere Herausforderungen.

Das Gelenk benötigt ausreichendes Ausgangsdrehmoment und Positioniergenauigkeit, muss jedoch auch den tatsächlichen Umgebungsbedingungen rund um den Roboter standhalten. Gleichzeitig benötigt das Steuerungssystem möglicherweise Informationen über die auf das Gelenk wirkende mechanische Last.

Aus diesem Grund sollte ein Robotergelenk für den Außenbereich meines Erachtens gleichzeitig aus mehreren Perspektiven bewertet werden: Bewegungsleistung, Drehmomentrückmeldung, Umweltschutz, Temperaturbeständigkeit und mechanische Integration.

Integrierter Drehmomentsensor für direkte Drehmomentdaten

Eine der wichtigen Eigenschaften unseres Harmoniegelenkmoduls ist der integrierte Drehmomentsensor.

Statt sich ausschließlich auf motorseitige Informationen zu stützen, kann das Gelenk das Drehmoment auf der Abtriebsseite erfassen und drehmomentbezogene Daten an das Steuerungssystem liefern.

Dadurch erhält der Roboter ein direkteres Verständnis der auf das Gelenk wirkenden mechanischen Last.

Beispielsweise kann die Positionsrückmeldung dem Roboter mitteilen, wo sich das Gelenk befindet. Die Drehmomentrückmeldung liefert zusätzliche Informationen darüber, welcher mechanischen Last das Gelenk ausgesetzt ist.

Diese Unterscheidung ist für Außenroboter besonders wichtig, da sich die externe Last kontinuierlich ändern kann.

Der Roboter kann auf ein unerwartetes Objekt treffen, Widerstand aus der Arbeitsumgebung erfahren oder eine kontrollierte Kraft auf eine Struktur ausüben müssen. In diesen Situationen kann die Kenntnis des tatsächlichen Ausgangsdrehmoments dem Robotercontroller zusätzliche Informationen liefern.

Warum ist die Drehmomenterfassung auf der Abtriebsseite wichtig？

Bei einem Robotergelenk kann sich die tatsächliche mechanische Last auf der Abtriebsseite von den Informationen unterscheiden, die allein vom Motor erhalten werden.

Deshalb kann die Drehmomenterfassung auf der Abtriebsseite nützlich sein, wenn der Roboter seine Interaktion mit der umgebenden Umgebung verstehen muss.

Die Positionsrückmeldung zeigt dem Roboter die Position des Gelenks an, während die Drehmomentrückmeldung Informationen über die durch das Gelenk übertragene mechanische Last liefert.

Bei Roboteranwendungen im Außenbereich können diese zusätzlichen Informationen wertvoll sein, wenn der Roboter gegen sich ändernden Widerstand arbeitet, externe Strukturen berührt oder Aufgaben ausführt, bei denen die aufgebrachte Kraft überwacht werden muss.

Direkte Drehmomentdaten von der Gelenkantriebsplatine

Bei Kunden, die unsere Gelenkkonfiguration mit Drehmomenterfassung verwenden, können Drehmomentinformationen über die integrierte Antriebselektronik verarbeitet und dem Steuerungssystem des Kunden bereitgestellt werden.

Das bedeutet, dass der Kunde nicht unbedingt eine vollständig separate externe Struktur zur Drehmomenterfassung um das Gelenk herum aufbauen muss.

Das Grundkonzept ist einfach:

Mechanische Last → Drehmomenterfassung auf der Abtriebsseite → Antriebselektronik → Drehmomentdaten → Robotercontroller

Die tatsächliche Schnittstelle und das Datenformat hängen von der gewählten Produktkonfiguration und der Steuerungsarchitektur des Kunden ab.

Drehmomentdaten können als Teil einer umfassenderen Robotersteuerungsstrategie eingesetzt werden, einschließlich Lastüberwachung, Drehmomentbegrenzung, Kollisionserkennung und kraftsensibler Bewegung. Die spezifischen Steuerungsfunktionen hängen davon ab, wie der Kunde das Drehmomentsignal in die Software und das Steuerungssystem des Roboters integriert.

Bei Roboteranwendungen im Außenbereich können diese zusätzlichen mechanischen Informationen besonders wertvoll sein, da die Betriebsbedingungen oft weniger vorhersehbar sind als bei herkömmlichen Fabrikanlagen.

IP65-Schutz für Robotergelenkanwendungen im Außenbereich

Der Umweltschutz ist ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt.

Unser Harmoniegelenkmodul kann die Schutzart IP65 erreichen und eignet sich daher für viele Roboteranwendungen im Außenbereich, bei denen Schutz gegen Staub und Wasserstrahlen erforderlich ist.

Bei der Konstruktion eines Außenroboters sollten Ingenieure jedoch einen wichtigen Punkt berücksichtigen.

Die IP-Schutzart des Gelenks selbst bedeutet nicht automatisch, dass der vollständige Roboter denselben Schutzgrad besitzt.

Der Gesamtschutz des Robotersystems kann auch durch Steckverbinder, Kabel, Kabelausgang, hintere Abdeckung, Montageschnittstelle und Dichtungsstruktur beeinflusst werden.

Mit anderen Worten: Um einen zuverlässigen Schutz im Außenbereich zu erreichen, muss die vollständige mechanische Installation betrachtet werden und nicht nur das Aktuatorgehäuse.

Schutz der hinteren Abdeckung und des Kabelausgangs

Der hintere Kabelausgang ist bei der Integration von Außenrobotern häufig einer der Bereiche, die besondere Aufmerksamkeit erfordern.

In vielen Projekten konstruieren und fertigen Kunden die hintere Abdeckung selbst entsprechend ihrer Roboterstruktur, den Anforderungen an die Kabelführung und ihrer allgemeinen Schutzstrategie. Dies ist oft die praktischste Lösung, da die hintere Abdeckung zum mechanischen Design des Kunden passen muss.

HONPINE kann bei Bedarf auch kundenspezifische hintere Abdeckungen bereitstellen.

Da eine kundenspezifische hintere Abdeckung jedoch nicht standardmäßige mechanische Konstruktion, Bearbeitung und möglicherweise zusätzliche Validierung umfasst, sind die Kosten im Allgemeinen höher als bei einer hinteren Abdeckung, die direkt vom Kunden konstruiert und gefertigt wird.

Daher empfehlen wir Kunden normalerweise, zunächst zu bewerten, ob ihre bestehende Struktur der hinteren Abdeckung den erforderlichen Schutz bieten kann. Wenn eine bestimmte Schnittstelle, Kabelführungsstruktur oder Schutzanforderung eine Anpassung erforderlich macht, kann HONPINE die entsprechende kundenspezifische Lösung besprechen.

Dieser Ansatz bietet Kunden mehr Flexibilität, ohne die Anpassung unnötig kompliziert zu machen.

Tieftemperaturfett für kalte Außenumgebungen

Die Temperatur ist ein weiterer Faktor, der bei der Konstruktion eines Robotergelenks für den Außenbereich nicht ignoriert werden kann.

Ein Gelenk, das bei Raumtemperatur zuverlässig arbeitet, kann eine andere Schmierlösung erfordern, wenn der Roboter sehr niedrigen Temperaturen ausgesetzt ist.

Für Anwendungen in kalten Umgebungen kann ein geeignetes Tieftemperaturfett entsprechend der tatsächlichen Umgebungstemperatur, dem Ausgangsdrehmoment, der Drehzahl, dem Arbeitszyklus und den Schmieranforderungen ausgewählt werden.

Ziel ist es nicht lediglich, ein Fett mit einer Tieftemperaturklassifizierung festzulegen. Der Schmierstoff muss unter den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Kunden mit dem vollständigen Getriebesystem zusammenwirken.

Dies ist besonders wichtig für Außenroboter, die nach längerer Einwirkung niedriger Temperaturen starten und arbeiten müssen.

Kompaktes Harmonic-Drive-Getriebe für Robotergelenke im Außenbereich

Das Harmonic-Drive-Getriebe selbst bietet ebenfalls mehrere Vorteile für die Konstruktion von Robotergelenken.

Ein Harmonic-Drive-Getriebe kann in einer relativ kompakten Struktur eine hohe Untersetzung bieten. Dadurch kann die hochdrehende Bewegung des Motors in eine niedrigere Abtriebsdrehzahl und ein höheres Ausgangsdrehmoment umgewandelt werden, ohne ein großes mehrstufiges Getriebesystem zu benötigen.

Für Robotergelenke ermöglicht dies eine hohe Drehmomentdichte bei kompakter Bauweise des Aktuators.

Die spielarmen Eigenschaften eines Harmonic-Drive-Getriebes sind auch bei Anwendungen nützlich, die eine präzise und wiederholbare Gelenkpositionierung erfordern.

Bei der Auswahl eines Harmoniegelenks für einen Außenroboter würde ich jedoch nicht empfehlen, nur auf die Untersetzung zu achten.

Ingenieure sollten die vollständigen Betriebsbedingungen berücksichtigen, einschließlich Ausgangsdrehmoment, Spitzendrehmoment, Abtriebsdrehzahl, Beschleunigung und Verzögerung, Arbeitszyklus, Radiallast, Axiallast und Momentenlast.

Ein Gelenk mit einer geeigneten Untersetzung kann dennoch ungeeignet sein, wenn seine tatsächlichen Lastbedingungen nicht den Fähigkeiten des Aktuators entsprechen.

Die mechanische Integration ist ebenso wichtig wie die Gelenkleistung

In praktischen Roboterprojekten muss ein technisch leistungsfähiger Aktuator dennoch zur mechanischen Struktur des Roboters passen.

Einbaumaße, Flanschschnittstelle, Abtriebsstruktur, Kabelführung und Anordnung der hinteren Abdeckung können sich alle auf das endgültige Design auswirken.

Deshalb arbeiten wir häufig mit Kunden an der mechanischen Integration des Gelenks, anstatt den Aktuator als isolierte Komponente zu behandeln.

Je nach Projekt kann der Kunde spezifische Anforderungen an die Abtriebsschnittstelle, Einbaumaße, Kabelrichtung oder umgebende mechanische Struktur haben.

Einige Kunden bevorzugen es, diese Schnittstellen selbst zu konstruieren, während andere Unterstützung durch den Aktuatorhersteller benötigen.

Unser Ziel ist es, das Gelenk an den Roboter anzupassen, anstatt die Roboterstruktur um einen Standardaktuator herum neu konstruieren zu müssen.

Drehmomenterfassung und Umweltschutz wirken zusammen

Bei einem Außenroboter lösen Drehmomenterfassung und Umweltschutz zwei unterschiedliche Probleme.

Die Drehmomenterfassung liefert Informationen darüber, was mechanisch geschieht.

Der Umweltschutz unterstützt das Gelenk dabei, unter externen Bedingungen weiterzuarbeiten.

Diese beiden Aspekte sind unabhängig voneinander, werden jedoch wertvoller, wenn sie in einem Gelenkmodul kombiniert werden.

Ein Roboter muss möglicherweise eine externe Last erkennen und gleichzeitig in einer Umgebung mit Staub, Feuchtigkeit oder starken Temperaturschwankungen arbeiten.

In einem solchen System ist das Gelenk nicht nur eine Getriebekomponente. Es wird zu einem wichtigen Bestandteil der Bewegungs- und Sensorarchitektur des Roboters.

Dies ist ein Grund, warum ein integriertes Gelenkmodul das Gesamtdesign des Roboters vereinfachen kann.

Bewährt in Roboteranwendungen im Außenbereich

Wir haben bereits Harmoniegelenkmodule für mehrere Arten von Robotergeräten im Außenbereich geliefert.

Roboter zur Installation von Solarmodulen

Ein Beispiel ist ein Kunde in Kanada, der HONPINE-Harmoniegelenkmodule in einem Roboter für die Installation von Solarmodulen im Außenbereich einsetzt.

HONPINE-Harmoniegelenkmodule in einem Roboter für die Installation von Solarmodulen im Außenbereich in Kanada.

Bauroboter für den Außenbereich

Wir haben auch an Anforderungen für Bauroboter im Außenbereich gearbeitet, bei denen das Gelenk unter wechselnden Umgebungsbedingungen arbeiten und gleichzeitig bei Bauaufgaben entstehende mechanische Lasten bewältigen muss.

Roboterarme für die Außenreinigung

Roboterarme für die Außenreinigung sind eine weitere Anwendungsart, bei der kompakte Installation, zuverlässige Bewegung, Umweltschutz und Lastrückmeldung gleichermaßen wichtig sein können.

Obwohl sich diese Anwendungen voneinander unterscheiden, haben sie mehrere gemeinsame Anforderungen: kompakte Gelenkinstallation, zuverlässige Drehmomentübertragung, Umweltschutz und die Möglichkeit, den Aktuator an die mechanische Struktur des Kunden anzupassen.

Für uns sind diese Projekte wertvoll, weil praktische Anwendungen direkte Rückmeldungen dazu geben, was ein Robotergelenk für den Außenbereich über die grundlegende Bewegung hinaus leisten muss.

Was sollten Ingenieure bei der Auswahl eines Robotergelenks für den Außenbereich berücksichtigen?

Bei der Auswahl eines Harmoniegelenkmoduls für einen Außenroboter empfehle ich, die Anwendung als Gesamtsystem zu bewerten, statt den Aktuator anhand einer einzigen Spezifikation auszuwählen.

Die erste Überlegung betrifft das erforderliche Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl. Sowohl kontinuierliche als auch Spitzenbetriebsbedingungen sollten bewertet werden, insbesondere wenn der Roboter häufig beschleunigt, verzögert oder die Richtung ändert.

Die zweite Überlegung betrifft die mechanische Last. Radiallast, Axiallast und Biegemoment können je nach Einbau des Gelenks und der Art, wie der Robotermechanismus externe Kräfte auf den Aktuator überträgt, wichtig sein.

Die dritte Überlegung ist der Umweltschutz. Wenn der Roboter im Freien arbeitet, sollten Ingenieure nicht nur den Schutzgrad des Aktuatorgehäuses, sondern auch von Steckverbindern, Kabeln, Kabelausgängen, hinterer Abdeckung und Montageschnittstellen betrachten.

Die Temperatur sollte ebenfalls von Beginn des Konstruktionsprozesses an berücksichtigt werden. Für kalte Umgebungen sollten Schmierstoff und andere Materialien entsprechend den tatsächlichen Betriebsbedingungen ausgewählt werden.

Wenn der Roboter kraftsensible Betriebsabläufe oder die Überwachung mechanischer Lasten erfordert, sollten schließlich Verfügbarkeit und Schnittstelle der Drehmomentrückmeldung bereits zu Beginn des Projekts bewertet und nicht später ergänzt werden.

HONPINE-Harmoniegelenkmodul für Außenrobotik

Bei HONPINE besteht unser Ansatz für Robotergelenke im Außenbereich nicht einfach darin, ein Harmonic-Drive-Getriebe und einen Motor zusammenzufügen.

Wir konzentrieren uns auf die Anforderungen, die die vollständige Roboteranwendung beeinflussen.

Unser Harmoniegelenkmodul kann präzise Harmonic-Drive-Getriebetechnik mit Drehmomenterfassung, integrierter Elektronik und einer umweltgeschützten mechanischen Struktur kombinieren.

Für Außenanwendungen umfassen die wichtigsten Fähigkeiten:

• Integrierte Drehmomenterfassung und direkte Drehmomentdaten

• Gelenkschutz mit IP65-Fähigkeit

• Optionen für Tieftemperaturschmierung

• Flexible mechanische Integration

• Kundenspezifische Lösungen für hintere Abdeckungen bei Bedarf

• Kompaktes Harmonic-Drive-Getriebe mit hoher Drehmomentdichte

Diese Eigenschaften bieten Ingenieuren mehr Möglichkeiten bei der Entwicklung von Robotersystemen, die außerhalb einer kontrollierten Fabrikumgebung arbeiten müssen.

Gleichzeitig benötigt nicht jeder Außenroboter dieselbe Konfiguration. Das geeignete Gelenk sollte entsprechend den tatsächlichen Anforderungen des Roboters an Drehmoment, Drehzahl, mechanische Last, Temperatur, Schutz und Steuerung ausgewählt werden.

Fazit

Die Außenrobotik wird immer anspruchsvoller.

Da Roboter auf Baustellen, in der Außenwartung, bei der Solarinstallation, Reinigung und in anderen unstrukturierten Umgebungen eingesetzt werden, muss das Robotergelenk mehr als nur präzise Drehbewegungen bereitstellen.

Es muss der Umgebung standhalten, nützliche mechanische Rückmeldungen liefern und sich zuverlässig in die Struktur des Roboters integrieren lassen.

Für diese Anwendungen kann ein Harmoniegelenkmodul mit integrierter Drehmomenterfassung eine wirkungsvolle Kombination aus Präzisionsgetriebe, kompakter Integration und direkten Informationen über mechanische Lasten bieten.

Bei HONPINE arbeiten wir weiterhin mit Kunden an diesen praktischen Anforderungen, einschließlich Drehmomenterfassung, Umweltschutz, Tieftemperaturbetrieb und mechanischer Anpassung.

Wenn Sie einen Roboterarm für den Außenbereich, einen Bauroboter, einen Roboter zur Solarinstallation oder ein anderes Robotersystem für den Außenbereich entwickeln, können wir die erforderliche Gelenkkonfiguration auf Grundlage Ihres Drehmoments, Ihrer Drehzahl, Ihrer mechanischen Schnittstelle und Ihrer Umgebungsbedingungen bewerten.

Das richtige Robotergelenk ist nicht einfach das mit der höchsten Spezifikation. Es ist dasjenige, das den tatsächlichen Anforderungen des Roboters entspricht.