Ultrakompaktes harmonisches Gelenkmodul mit 6-mm-Hohlwelle

Lernen Sie das HONPINEHPJM-Harmonic-Joint-Modul kennen – einenultrakompakten integrierten Roboter-Gelenkantrieb, der für Anwendungen entwickelt wurde, bei denen Einbauraum, Kabelführung und Präzision der Bewegungssteuerung entscheidend sind. Trotz seiner kompakten Abmessungen und des hohen Integrationsgrads verfügt dieses Modul über eine 6-mm-Durchgangsbohrung zur internen Kabelführung. Es eignet sich für humanoide Roboter, Drohnen, optische Plattformen und Präzisionsautomatisierungssysteme, die kompakte, leistungsstarke Drehgelenke erfordern.

In diesem Artikel stellt Theodore Li, Technischer Direktor bei HONPINE, die wichtigsten technischen Daten, die konstruktive Auslegung und die technischen Vorteile des HPJM-Harmonic-Joint-Moduls vor.

HONPINE HPJM-Harmonic-Joint-Modul: wichtigste technische Daten

Das HONPINE HPJM-Harmonic-Joint-Modul, in der technischen Zeichnung als HPJM-RE30-40-PRO-XXX-2E-EC bezeichnet, vereint eine kompakte Hohlwellenkonstruktion, die Rückmeldung über zwei Encoder und eine hochintegrierte mechatronische Architektur (MEA).

Zu den wichtigsten konstruktiven Vorteilen gehören eine 6-mm-Durchgangsbohrung zur Kabelführung, ein integriertes Motor- und Antriebssystem sowie eine Zwei-Encoder-Konfiguration zur Unterstützung einer präzisen Bewegungssteuerung.

Warum das HONPINE HPJM-Harmonic-Joint-Modul wählen?

1. Hochintegrierte mechatronische Konstruktion

Das HPJM integriert einen Harmonic-Drive-Getriebesatz, einen rahmenlosen Torquemotor, einen 16-Bit-Encoder und einen FOC-Antrieb (feldorientierte Regelung) in einem kompakten Gehäuse mit den Abmessungen Ø57 × 60.5 mm.

Anstatt Motor, Getriebe, Encoder und Antrieb separat auszuwählen und zu integrieren, erhalten Kunden ein hochintegriertes Gelenkmodul, das die Systementwicklung vereinfachen soll. Dadurch können der Aufwand für die Abstimmung der Komponenten reduziert, die Integrationszeit verkürzt und die Roboterentwicklung beschleunigt werden.

Für Roboterhersteller unterstützt diese integrierte Architektur eine effizientere mechanische und elektrische Konstruktion und verringert zugleich die Komplexität der Montage und Inbetriebnahme auf Gelenkebene.

2. 6-mm-Durchgangsbohrung zur internen Kabelführung

Eines der wichtigsten Merkmale des HPJM ist seine Hohlwelle mit Ø6 mm. Sie bietet eine Durchgangsbohrung für die Kabelführung und – sofern es die Anwendungskonstruktion zulässt – für pneumatische Leitungen durch die Mitte des Gelenks.

Die interne Kabelführung verringert externe Störungen durch Kabel und kann, abhängig von der Kabelführungsanordnung und dem zulässigen Drehbereich, ein Verdrehen oder Verhaken der Kabel während der Gelenkdrehung minimieren.

Dieses Merkmal ist besonders für humanoide Roboter und kompakte Robotersysteme von Vorteil, bei denen mehrere Kabel durch stark beengte Gelenkstrukturen geführt werden müssen. Im Vergleich zu einer nicht hohl ausgeführten Konstruktion mit ähnlichen Abmessungen bietet eine Ausführung mit Durchgangsbohrung mehr Flexibilität bei der internen Kabelführung.

3. Zwei EtherCAT-Schnittstellen für die Reihenschaltung

In der technischen Zeichnung sind zwei EtherCAT-Anschlüsse ausgewiesen: EtherCAT_Input und EtherCAT_Output. Sie verwenden X1002WVS-04L-Steckverbinder.

Diese Ein-/Ausgangskonfiguration unterstützt die Vernetzung in einer Reihenschaltung. Dadurch können mehrere Gelenkmodule hintereinander verbunden werden, anstatt für jedes Gelenk ein separates Punkt-zu-Punkt-Kommunikationskabel zu benötigen.

Bei humanoiden Robotern mit mehr als 20 Gelenken kann eine Reihenschaltung dazu beitragen, den Verkabelungsaufwand zu verringern und die Systemverdrahtung zu vereinfachen.

Die PRO-Version umfasst außerdem eine separate Schnittstelle für Firmware-Downloads, sodass die Firmware einzelner Module aktualisiert werden kann, ohne ausschließlich auf die Hauptkommunikationsverbindung angewiesen zu sein.

Die tatsächliche Netzwerktopologie, die unterstützte Knotenzahl und die Verfahren zur Firmware-Aktualisierung sollten anhand des ausgewählten Modells und der Controller-Konfiguration geprüft werden.

4. Rückseitig angeordnete elektrische Schnittstellen

Der Stromanschluss, die Kommunikationsschnittstellen und der Firmware-Download-Anschluss befinden sich gebündelt auf der Rückseite des Moduls. In der Zeichnung ist der Stromanschluss als A1257WV-S-2P angegeben.

Durch diese rückseitige Anordnung bleiben der Abtriebsflansch und die radialen Flächen frei von hervorstehenden Steckverbindern und nach außen geführten Kabeln. Dies kann die mechanische Integration vereinfachen, Störungen durch umgebende Strukturen verringern und die Gehäusekonstruktion erleichtern.

Bei Robotergelenken, die große Winkelbewegungen ausführen oder in einem kompakten Armgehäuse eingebaut werden müssen, bietet diese Anordnung mehr Flexibilität bei der Platzierung der Steckverbinder und dem Kabelmanagement.

Bei der endgültigen Konstruktion sind weiterhin der Freiraum für Steckverbinder, der Kabelbiegeradius, das Wärmemanagement und der vorgesehene Drehbereich zu berücksichtigen.

5. Symmetrische Montageflansche für eine flexible Installation

Das HPJM verfügt an beiden Enden über symmetrische Montageschnittstellen, wodurch die mechanische Integration an verschiedenen Positionen in einem Roboter vereinfacht werden kann.

Den bereitgestellten Zeichnungsangaben zufolge umfasst die Montagekonfiguration Lochkreise mit Ø38 mm und Ø37.5 mm, acht Gewindebohrungen M2.5 und drei Durchgangsbohrungen M2.

Diese symmetrische Anordnung kann es ermöglichen, dasselbe Gelenkmodul in unterschiedlichen Einbaulagen zu verwenden. Dadurch kommen Anwendungen als Schulter-, Ellbogen-, Handgelenk- und Hüftgelenk infrage, sofern die jeweiligen mechanischen Anforderungen erfüllt sind.

Für Roboterhersteller kann eine gemeinsame Montageschnittstelle dazu beitragen, die Anzahl mechanischer Varianten zu verringern, die Ersatzteilverwaltung zu vereinfachen und die Modularität innerhalb einer Roboterplattform zu verbessern.

6. Geringes Umkehrspiel und hohe Stoßmomentfähigkeit

Das HPJM nutzt Harmonic-Drive-Getriebetechnik, die für ihre Eigenschaften mit geringem Umkehrspiel bekannt ist. Die bereitgestellten technischen Daten weisen eine Abtriebspositioniergenauigkeit von etwa 0.67 arcmin und eine Stoßmomentfähigkeit von etwa dem 1.8-Fachen des Nenndrehmoments aus.

Diese Eigenschaften können für Roboteranwendungen von Vorteil sein, bei denen häufige Richtungswechsel, Beschleunigungs- und Verzögerungsvorgänge sowie vorübergehende mechanische Belastungen auftreten.

Umkehrspiel, Positioniergenauigkeit, Wiederholgenauigkeit und verlorene Bewegung sind jedoch unterschiedliche Leistungskennwerte. Die tatsächliche Abtriebsleistung hängt vom gewählten Modell, den Lastbedingungen, der Regelungskonfiguration und dem Messverfahren ab. Ebenso muss das zulässige Stoßmoment gemäß den Nennbedingungen des Herstellers interpretiert werden und darf nicht als kontinuierliches Betriebsdrehmoment betrachtet werden.

Bei Anwendungen wie humanoiden Robotern und Präzisionsautomatisierungsanlagen sollten Ingenieure diese Parameter gemeinsam mit Nenndrehmoment, Spitzendrehmoment, Torsionssteifigkeit, Drehzahl und thermischer Leistung bewerten.

Anwendungen des HONPINE HPJM-Harmonic-Joint-Moduls

Humanoide Roboter

Humanoide Roboter benötigen kompakte Gelenkmodule, die in den begrenzten Raum der Gliedmaßen passen und zugleich eine präzise Bewegungssteuerung sowie eine integrierte Kabelführung ermöglichen. Aufgrund seines kompakten Gehäuses, der Hohlwelle und der integrierten Antriebsarchitektur kommt das HPJM für Schulter-, Ellbogen-, Handgelenk- und Hüftgelenke infrage, sofern die Drehmoment- und Dynamikanforderungen des jeweiligen Gelenks erfüllt sind.

Drohnen und kompakte Robotersysteme

Bei kompakten Roboterplattformen und ausgewählten drohnenbezogenen Mechanismen sind Einbauraum und Komponentenintegration wichtige Konstruktionsaspekte. Ein integriertes Harmonic-Joint-Modul kann die Montage von Drehmechanismen vereinfachen, sofern Gewicht, Drehmoment, Drehzahl und Leistungsbedarf zur Anwendung passen.

Optische Plattformen und Präzisionsautomatisierung

Optische Positioniersysteme und Präzisionsautomatisierungsanlagen benötigen möglicherweise kompakte Drehantriebe mit kontrollierter Bewegung und wiederholgenauer Positionierung. Das HPJM kann für diese Anwendungen anhand der erforderlichen Winkelgenauigkeit, der Schwingungseigenschaften, des Bewegungsprofils und der Umgebungsbedingungen bewertet werden.

Das HONPINE HPJM-Harmonic-Joint-Modul vereint eine kompakte Hohlwellenkonstruktion, integrierte Motor- und Antriebskomponenten, eine Zwei-Encoder-Architektur und EtherCAT-Konnektivität in einer einzigen Drehgelenklösung.

Die 6-mm-Durchgangsbohrung ermöglicht die interne Kabelführung, während die rückseitig angeordneten Steckverbinder und die symmetrischen Montageschnittstellen Flexibilität bei der mechanischen Integration bieten. Damit ist das HPJM für humanoide Roboter, kompakte Robotersysteme, optische Plattformen und Präzisionsautomatisierungsanwendungen eine mögliche Option.

Wenn Sie ein kompaktes Robotergelenk entwickeln oder nach einem integrierten Harmonic-Joint-Antrieb suchen, wenden Sie sich an HONPINE, um detaillierte technische Daten, Konstruktionszeichnungen und Unterstützung bei der Modellauswahl zu erhalten.