Warum T-förmige Harmonic-Drehgelenkmodule ideal für kollaborative Roboterarme sind

Kollaborative Roboterarme werden immer kompakter, während ihre Bewegungsanforderungen weiter steigen. Ein einzelnes Gelenk muss auf sehr begrenztem Raum möglicherweise eine präzise Positionierung, ausreichendes Drehmoment, eine gleichmäßige Bewegung, Rückmeldung, Bremsen und eine zuverlässige Kabelführung gewährleisten.

Der Aufbau dieser Funktionen aus separaten Komponenten ist zwar möglich, kann die Gelenkstruktur jedoch komplizierter machen. Motor, Getriebe, Encoder, Bremse, Treiber und Kupplung müssen jeweils installiert, ausgerichtet und verbunden werden.

EinT-Type Harmonic Rotary Joint Module verfolgt einen anderen Ansatz. Anstatt die Übertragung, den Motor und die Steuerungskomponenten als separate Teile zu behandeln, werden sie in einem kompakten Drehgelenk integriert. Diese Architektur eignet sich besonders für kollaborative Roboterarme, bei denen der mechanische Bauraum und die Anordnung der Gelenke wichtige Konstruktionsaspekte sind.

Was ist ein T-Type Harmonic Rotary Joint Module?

Ein T-Type Harmonic Rotary Joint Module ist ein integriertes Drehgelenk, das für robotische Bewegungssysteme entwickelt wurde. Je nach Konfiguration vereint es einen Drehmomentmotor, ein Harmonic-Getriebe, Präzisionssensoren, eine Bremse und einen Treiber in einem einzigen Modul.

Die Bezeichnung "T-Type" leitet sich vom mechanischen Aufbau ab. Der Ausgangsflansch ist senkrecht zur Motorwelle angeordnet, wodurch eine T-förmige Anordnung anstelle einer herkömmlichen Inline-Struktur entsteht.

Diese Konfiguration bietet Robotikentwicklern eine weitere Möglichkeit, Gelenke zwischen den Armsegmenten anzuordnen. Sie kann besonders für kompakte kollaborative Roboterarme, Mehrachs-Manipulatoren und andere Mechanismen nützlich sein, bei denen die Ausrichtung von Motor und Ausgangswelle sorgfältig berücksichtigt werden muss.

Warum die Gelenkkonstruktion bei kollaborativen Robotern wichtig ist

Ein kollaborativer Roboter ist nicht einfach nur ein kleinerer Industrieroboter. Seine Gelenke müssen mehrere Anforderungen gleichzeitig ausbalancieren.

Der Roboter benötigt ausreichend Drehmoment, um seine Nutzlast zu tragen. Eine übermäßige Größe und ein hohes Gewicht der Gelenke können jedoch die Belastung der vorgelagerten Achsen erhöhen. Die Übertragung muss eine präzise und wiederholbare Bewegung ermöglichen, während das Steuerungssystem eine zuverlässige Positions- und Drehmomentrückmeldung benötigt.

Darüber hinaus gibt es die praktische Frage des Bauraums.

Da Roboterarme leichter und kompakter werden, steht weniger Platz für separate Getriebe, Kupplungen, Bremsen, Encoder und Kabelbaugruppen zur Verfügung. Die mechanische Konstruktion des Gelenks wird daher zu einem wichtigen Bestandteil der gesamten Roboterarchitektur.

Hier kann ein integriertes Harmonic-Gelenkmodul von Nutzen sein.

Der Vorteil einer T-förmigen Gelenkarchitektur

Der Hauptunterschied zwischen einem T-Type-Gelenk und einem herkömmlichen Inline-Gelenk besteht in der Beziehung zwischen Motorwelle und Ausgangswelle.

Bei einer Inline-Konfiguration sind Motor und Ausgang entlang derselben Achse angeordnet. Bei einer T-Type-Konfiguration ist der Ausgangsflansch senkrecht zur Motorwelle positioniert.

Flexiblere Integration

Die senkrechte Anordnung kann Ingenieuren mehr Freiheit bei der Positionierung eines Gelenks innerhalb eines Roboterarms geben.

Dies kann im Bereich von Ellenbogen- und Handgelenkstrukturen nützlich sein, wo mehrere Achsen in einen relativ kleinen mechanischen Bauraum integriert werden müssen.

Anstatt Motor und Untersetzungsgetriebe auf einer einzigen geraden Achse anzuordnen, ermöglicht die T-förmige Architektur eine Anordnung des Gelenks entsprechend der Geometrie des Roboters.

Kompakte Integration zwischen Armsegmenten

Die Segmente eines Roboterarms sind normalerweise über mehrere Drehgelenke miteinander verbunden. Wenn jedes Gelenk zusätzliche Kupplungen, Halterungen und Übertragungskomponenten benötigt, kann die mechanische Struktur schnell unübersichtlich werden.

Ein T-Type Harmonic Rotary Joint Module stellt die wesentlichen Bewegungskomponenten in einer Baugruppe bereit und reduziert dadurch die Anzahl separater mechanischer Schnittstellen, die bei der Konstruktion rund um das Gelenk berücksichtigt werden müssen.

Übersichtlichere interne Kabelführung

Mit zunehmender Anzahl der Roboterachsen gewinnt das Kabelmanagement immer mehr an Bedeutung.

Stromkabel, Encoderleitungen, Kommunikationsleitungen und andere Verbindungen müssen sich während des Roboterbetriebs wiederholt bewegen. Eine Hohlwellenkonstruktion kann eine interne Kabelführung ermöglichen, externe Kabelschleifen reduzieren und dazu beitragen, die Gelenkbaugruppe übersichtlich zu halten.

Warum Harmonic-Getriebe in Robotergelenken eingesetzt werden？

Das Harmonic-Getriebe ist das zentrale Übertragungselement dieses Gelenktyps.

Ein Harmonic Drive verwendet einen Wellengenerator, eine Flexspline und eine Circular Spline, um innerhalb eines kompakten Mechanismus ein hohes Untersetzungsverhältnis zu erzielen. Dadurch eignet es sich besonders für Anwendungen, bei denen der Motor einen kontrollierten Ausgang mit hohem Drehmoment erzeugen muss, ohne ein großes herkömmliches Getriebe einzusetzen.

Hohes Untersetzungsverhältnis bei kompakter Bauform

Der Motor kann mit einer relativ hohen Drehzahl arbeiten, während das Robotergelenk eine deutlich niedrigere Ausgangsdrehzahl benötigt.

Das Harmonic-Getriebe wandelt diese Eingangsdrehzahl in ein höheres Ausgangsdrehmoment um und behält dabei eine kompakte Bauform bei. Für Roboterhersteller erleichtert dies die Entwicklung von Gelenken, die das erforderliche Drehmoment liefern können, ohne den Arm unnötig groß zu machen.

Geringes Verdrehspiel für präzise Bewegungen

Das Verdrehspiel in einer Übertragung kann die Positionierung beeinträchtigen, insbesondere wenn sich die Bewegungsrichtung ändert.

Harmonic-Getriebe sind für ihre Eigenschaften mit geringem Verdrehspiel bekannt. In Kombination mit einem geeigneten Encoder und einem geschlossenen Regelkreis können sie die für robotische Anwendungen erforderlichen präzisen und wiederholbaren Bewegungen ermöglichen.

Hohe Drehmomentdichte

Das Gewicht ist bei einem Mehrachsroboter ein wichtiger Faktor.

Wenn ein Gelenk schwerer wird, müssen die weiter hinten im Arm angeordneten Motoren und Gelenke möglicherweise die zusätzliche Last ausgleichen. Eine kompakte Harmonic-Übertragung mit hoher Drehmomentdichte kann daher dazu beitragen, ein angemessenes Verhältnis zwischen Gelenkdrehmoment, Gewicht und Gesamtgröße des Roboters aufrechtzuerhalten.

Integrierte Komponenten vereinfachen die Entwicklung von Robotergelenken

Ein herkömmliches Robotergelenk kann aus mehreren Einzelkomponenten aufgebaut sein:

Motor + Getriebe + Encoder + Bremse + Treiber + Kupplung + Verkabelung

Jede Komponente muss ausgewählt und in die mechanische Konstruktion integriert werden. Auch Ausrichtung, Montage, Verkabelung und Kommunikation müssen berücksichtigt werden.

Ein integriertes Gelenkmodul verändert diesen Entwicklungsprozess.

Anstatt das gesamte Gelenk um einzelne Komponenten herum zu entwickeln, können Ingenieure mit einem definierten Gelenkmodul beginnen und die umgebende Roboterstruktur auf Basis seiner Schnittstellen konstruieren.

Weniger mechanischer Integrationsaufwand

Motor, Harmonic-Getriebe und Rückführungskomponenten sind bereits als Funktionseinheit angeordnet.

Dadurch wird die Anzahl der zu konstruierenden mechanischen Schnittstellen reduziert, und die gesamte Roboterarchitektur lässt sich leichter verwalten.

Schnellere Montage und Austausch

Eine modulare Konstruktion kann auch die Montage vereinfachen.

Für Roboterhersteller, die mehrere Modelle oder Prototypen fertigen, kann ein standardisiertes Gelenkmodul für verschiedene Armkonfigurationen wiederverwendet werden. Wenn eine Wartung erforderlich ist, kann der Austausch eines kompletten Gelenkmoduls außerdem einfacher sein als die Demontage mehrerer einzelner Übertragungskomponenten.

Weniger komplexe Verkabelung

Die Integration von Treiber- und Rückführungskomponenten in das Gelenk kann je nach Modulausführung den erforderlichen externen Verkabelungsaufwand reduzieren.

Bei kompakten Roboterarmen kann dies sowohl für die Montage als auch für das Kabelmanagement einen wesentlichen Unterschied machen.

Präzise Bewegung und Rückführung in Gelenken kollaborativer Roboter

Die mechanische Übertragung ist nur ein Teil der Gelenkleistung. Das Rückführungssystem bestimmt, woher die Steuerung weiß, in welcher Position sich das Gelenk befindet und wie es auf Bewegungsbefehle reagiert.

Ein Harmonic-Drehgelenkmodul kann das Getriebe mit Präzisionssensoren und Motorelektronik kombinieren. Die Steuerung kann die Rückmeldungen anschließend nutzen, um den Motor zu regeln und die vorgegebene Gelenkposition beizubehalten.

Diese Architektur kann Anwendungen unterstützen, die Folgendes erfordern:

• Präzise Positionierung

• Wiederholbare Bewegungen

• Gleichmäßige Beschleunigung und Verzögerung

• Schnelle Reaktion

• Positionsrückmeldung

• Drehmomentrückmeldung

• Hybride Kraft-Positionsregelung

Bei kollaborativen Robotern sind die letzten beiden Funktionen besonders wichtig für Anwendungen, bei denen ein Kontakt mit Objekten oder der Umgebung besteht.

Wo T-Type Harmonic Rotary Joint Modules eingesetzt werden können？

Die T-förmige Architektur eignet sich für mehr als nur eine Art von Robotersystem.

Kollaborative Roboterarme

Kollaborative Roboter sind eine naheliegende Anwendung, da ihre Gelenke kompakt bleiben und gleichzeitig kontrollierte und wiederholbare Bewegungen ermöglichen müssen.

Typische Anwendungen umfassen:

• Montage

• Pick-and-Place

• Maschinenbeschickung

• Inspektion

• Verpackung

• Leichter Materialtransport

Medizinische und Rehabilitationsroboter

Medizinische Geräte und Rehabilitationsausrüstung erfordern häufig kompakte Drehmechanismen mit kontrollierter Bewegung.

Ein integriertes Harmonic-Gelenk kann die Anzahl externer mechanischer Komponenten reduzieren und gleichzeitig das für den Roboter erforderliche Drehmoment und die erforderliche Positionierleistung bereitstellen.

Präzisionsautomatisierungsanlagen

Dieselbe Gelenkarchitektur kann auch für Präzisionsautomatisierungsanlagen in Betracht gezogen werden, die kompakte Drehbewegungen benötigen.

Beispiele hierfür sind automatisierte Inspektionsanlagen, Positioniermechanismen und andere Bewegungssteuerungssysteme.

Mehrachsige Robotersysteme

Wenn mehrere Drehachsen auf begrenztem Raum angeordnet werden müssen, wird der physische Aufbau jedes Gelenks wichtig.

Ein T-Type Harmonic Rotary Joint Module kann eine weitere mechanische Möglichkeit zur Anordnung dieser Achsen bieten und gleichzeitig die Übertragungs- und Steuerungskomponenten integriert halten.

T-Type Harmonic Joint Module im Vergleich zu einem herkömmlichen Robotergelenk

Der Hauptunterschied liegt im Integrationsgrad und in der mechanischen Anordnung.

Ein herkömmliches Gelenk kann separate Komponenten verwenden, die über Wellen, Kupplungen und Montagekonstruktionen verbunden sind. Ein integriertes T-Type-Modul vereint die wesentlichen Bewegungssteuerungselemente in einer Baugruppe.

Die beste Lösung hängt weiterhin vom Drehmoment, der Geschwindigkeit, der Größe, der Nutzlast, der Steuerungsarchitektur und den Sicherheitsanforderungen des Roboters ab. Der Vorteil eines integrierten Moduls besteht darin, dass viele dieser Konstruktionsaufgaben innerhalb einer einzigen Gelenkbaugruppe berücksichtigt werden können.

Was bei der Auswahl eines T-Type Harmonic Joint Module zu beachten ist？

Die Auswahl eines Gelenkmoduls sollte mit den tatsächlichen Bewegungsanforderungen des Roboters beginnen und nicht allein mit dem Spitzendrehmoment des Motors.

Ausgangsdrehmoment

Berücksichtigen Sie sowohl das kontinuierliche als auch das Spitzendrehmoment sowie Nutzlast, Armlänge, Beschleunigung, Gravitationslast und Einschaltdauer.

Größe und Gewicht des Gelenks

Das Gelenkgewicht wird an den äußeren Achsen eines Roboterarms besonders wichtig. Ein kompaktes Gelenk kann dazu beitragen, die Belastung der vorgelagerten Gelenke zu reduzieren.

Positions- und Drehmomentrückmeldung

Die Konfiguration von Encoder und Sensoren sollte auf die erforderliche Positionier- und Steuerungsleistung abgestimmt sein. Anwendungen mit Kraftregelung können zusätzlich eine Drehmomentrückmeldung erfordern.

Bremsenkonfiguration

Wenn der Roboter seine Position bei abgeschalteter Stromversorgung halten muss, sollte die Bremsenkonfiguration bei der Auswahl des Gelenks berücksichtigt werden.

Schutzart und Betriebsumgebung

Staub, Feuchtigkeit und Temperatur können die geeignete Gelenkkonfiguration beeinflussen. Die erforderliche Schutzart sollte daher entsprechend der tatsächlichen Betriebsumgebung ausgewählt werden.

Kabelführung

Bei mehrachsigen kollaborativen Robotern kann eine interne Kabelführung die mechanische Konstruktion vereinfachen und Störungen während wiederholter Bewegungen reduzieren. Eine Hohlwellenstruktur kann in dieser Hinsicht besonders nützlich sein.

HONPINE T-Type Harmonic Rotary Joint Module

Für Hersteller kollaborativer Roboter, die eine integrierte Drehgelenklösung suchen, kombiniert das HONPINE T-Type Harmonic Rotary Joint Module ein Harmonic-Getriebe, einen Drehmomentmotor, Präzisionssensoren, eine Bremse und einen Treiber in einer kompakten Gelenkbaugruppe.

Die T-förmige Struktur positioniert den Ausgangsflansch senkrecht zur Motorwelle und bietet Ingenieuren dadurch mehr Flexibilität bei der Anordnung kompakter Robotergelenke. Das Modul ist für Anwendungen konzipiert, die präzise Bewegungen, ein hohes Ausgangsdrehmoment und integrierte Steuerungsfunktionen erfordern.

Seine integrierte Architektur kann dazu beitragen, die Entwicklung von Robotergelenken zu vereinfachen, die Anzahl separater Komponenten zu reduzieren und das Kabelmanagement zu verbessern.

Detaillierte Spezifikationen und Konfigurationsinformationen finden Sie auf der Produktseite des HONPINE T-Type Harmonic Rotary Joint Module.

Fazit

Das Gelenk ist eines der wichtigsten mechanischen Elemente eines kollaborativen Roboterarms. Es muss Drehmoment und Präzision liefern, in einen begrenzten Bauraum passen und über wiederholte Bewegungszyklen hinweg zuverlässig arbeiten.

Ein T-Type Harmonic Rotary Joint Module begegnet dieser Herausforderung, indem es Motor, Harmonic-Getriebe, Sensorik, Bremsen und Steuerungsfunktionen in einer kompakten Einheit kombiniert. Seine senkrechte Anordnung von Eingang und Ausgang kann außerdem mehr Flexibilität bei der Gestaltung der Geometrie eines mehrachsigen Roboterarms bieten.

Für kollaborative Roboter, medizinische Roboter und Präzisionsautomatisierungsanlagen kann diese Kombination aus kompakter Bauweise, Harmonic-Übertragung und integrierter Steuerung die Entwicklung des gesamten Robotersystems vereinfachen.