Actionneur harmonique HONPINE HAG : mouvement d’articulation robotique haute performance avec entraînement intégré et STO

Les articulations robotiques modernes exigent bien plus qu'un simple réducteur de précision. À mesure que les robots industriels, les robots collaboratifs, les robots humanoïdes et les systèmes d'automatisation intelligents deviennent plus compacts et dynamiques, les actionneurs des articulations robotiques doivent allier une grande précision de positionnement, une réponse rapide, une intégration compacte, un retour d'information fiable et une sécurité fonctionnelle au sein d'un même système de mouvement.

L' actionneur harmonique HONPINE HAG est conçu pour la nouvelle génération de systèmes de contrôle de mouvement robotique. Il intègre un mécanisme d'engrenage harmonique de haute précision, un moteur couple sans carter, des codeurs haute résolution et un servomoteur intégré dans un actionneur compact pour articulations de robot. Les fonctions optionnelles de coupure de couple sécurisée (STO) et de freinage offrent des options de sécurité supplémentaires pour les applications nécessitant un arrêt de couple contrôlé et un maintien de charge.

Avec la prise en charge d'EtherCAT, CANopen, CAN-FD et RS485 Modbus, HAG fournit une plateforme de contrôle de mouvement complète pour les applications robotiques et d'automatisation industrielle.

Qu'est-ce que l'actionneur harmonique HONPINE HAG ?

L' actionneur harmonique HAG est un actionneur robotique intégré qui combine en une seule unité les principaux composants nécessaires à un mouvement rotatif de précision.

Au lieu d'utiliser un réducteur harmonique, un moteur, un codeur et un servomoteur externe séparés, HAG intègre ces composants dans une solution d'articulation robotique compacte.

L'architecture intégrée comprend :

• Transmission harmonique de haute précision

• moteur de couple sans cadre

• Encodeur latéral haute vitesse 20 bits

• Encodeur de sortie 19 bits

• servomoteur intégré

• STO optionnel

• Frein optionnel

• arbre creux

Interfaces de communication industrielle multiples

Cette conception intégrée réduit le besoin de composants d'entraînement externes séparés et peut simplifier l'intégration mécanique et électrique des articulations robotiques.

Pour les fabricants de robots, il en résulte une architecture de commande de mouvement plus compacte, avec moins de composants externes et un accès plus direct aux fonctions de contrôle de la position, de la vitesse et du courant de l'articulation.

Pourquoi les actionneurs harmoniques intégrés sont-ils importants pour les robots modernes ?

Les architectures traditionnelles d'articulations robotiques nécessitent souvent l'installation et le raccordement séparé de plusieurs composants. Un moteur, un réducteur harmonique, un codeur et un servomoteur peuvent occuper différentes zones du robot et nécessiter des câbles et des connecteurs supplémentaires.

À mesure que les articulations des robots deviennent plus petites et plus sophistiquées, cette approche peut engendrer des difficultés dans les domaines suivants :

• espace d'installation

• Cheminement des câbles

• Gestion thermique

• Intégration électrique

• mise en service du système

• Configuration de commande de mouvement

Un actionneur harmonique intégré relève ces défis en combinant les principaux composants de mouvement en une seule unité.

L'architecture HAG est particulièrement pertinente pour les robots humanoïdes, les robots collaboratifs, les bras robotiques industriels et les systèmes d'automatisation compacts, où l'espace articulaire disponible est limité et les performances de mouvement dynamique sont importantes.

Retour d'information haute résolution bilatéral pour la commande de mouvement en boucle fermée

L'une des caractéristiques déterminantes de l'actionneur harmonique HAG est sa configuration d'encodeur haute résolution.

Le HAG utilise un codeur 20 bits côté haute vitesse et un codeur 19 bits côté sortie. Cette architecture à double retour d'information fournit au système de commande des informations détaillées sur les mouvements du moteur et de la sortie.

Pourquoi est-ce important ?

Une articulation robotisée ne doit pas seulement connaître le sens de rotation du moteur. Elle a également besoin d'informations précises sur le mouvement de sortie réel après le mécanisme de réduction.

Le retour d'information côté sortie peut aider le système de commande à surveiller la position réelle de l'articulation et à compenser les erreurs de mouvement au sein du système de commande.

Ceci est particulièrement précieux pour les applications robotiques nécessitant :

• Positionnement précis

• Mouvement répétable

• Inversion de direction en douceur

• Contrôle dynamique de trajectoire

• Fonctionnement stable sous charges variables

La combinaison d'une rétroaction haute résolution et d'une transmission harmonique permet au HAG de fonctionner comme un système de mouvement robotique en boucle fermée complet plutôt que comme une simple combinaison moteur-boîte de vitesses.

Transmission harmonique de haute précision pour articulations robotiques

Le mécanisme de transmission harmonique est un élément clé de l'actionneur HAG.

La technologie des engrenages harmoniques est largement utilisée dans les articulations robotiques car elle permet d'obtenir des rapports de réduction élevés, des dimensions compactes, une grande précision de positionnement et de faibles caractéristiques de jeu.

Pour les applications robotiques, ces caractéristiques sont importantes car la boîte de vitesses influence directement la relation entre la rotation du moteur et le mouvement des articulations.

HAG associe la transmission harmonique à un moteur de couple sans cadre et à une électronique de commande intégrée, créant ainsi un actionneur rotatif compact optimisé pour le mouvement robotique.

Cette architecture permet aux concepteurs de robots d'atteindre un haut niveau de performance de mouvement sans avoir à installer un servomoteur externe conventionnel à côté de chaque articulation.

L'architecture de disque intégrée réduit la complexité du système

Le servomoteur est intégré à la base de l'actionneur HAG.

Il s'agit d'une différence importante entre les architectures HAG et les architectures d'actionneurs harmoniques classiques qui utilisent un pilote externe.

Grâce à l'intégration du moteur dans l'actionneur, le concepteur du robot peut réduire le nombre de composants installés séparément et simplifier les connexions électriques autour de l'articulation.

Les avantages peuvent inclure :

Architecture système plus compacte :

Le disque dur ne nécessite pas d'emplacement de montage séparé.

Câblage simplifié :

Un nombre réduit de connexions externes peut contribuer à réduire la complexité du câblage.

Intégration système simplifiée :

Le moteur, la transmission harmonique, l'encodeur et le variateur sont conçus comme une seule unité de commande de mouvement.

Espace d'installation réduit :

La structure intégrée convient aux articulations robotiques compactes.

Pour les robots humanoïdes et autres plateformes robotiques à espace limité, ces caractéristiques peuvent s'avérer particulièrement précieuses.

STO pour une commande de mouvement robotique plus sûre

La sécurité revêt une importance croissante à mesure que les robots opèrent plus près des personnes et sont déployés dans des environnements médicaux, de laboratoire, collaboratifs et de fabrication intelligente.

L'actionneur harmonique HAG peut être équipé du système STO (Safe Torque Off).

La fonction STO est une sécurité conçue pour empêcher le moteur de générer du couple en désactivant la capacité de production de couple du variateur. Il est important de noter que la fonction STO ne se contente pas d'une simple commande logicielle pour arrêter le moteur.

Pour un système de sécurité, l'entrée STO doit être maintenue dans l'état de sécurité requis avant que la production de couple normale puisse être rétablie. La fonction est conçue de manière à ce qu'elle ne puisse pas être contournée par un simple débogage logiciel.

Cela offre une couche de sécurité matérielle supplémentaire pour les applications où il est important d'empêcher un couple moteur non intentionnel.

Comment fonctionne le STO dans l'actionneur HAG ?

Lorsque la fonction STO est déclenchée, le couple moteur de l'actionneur est immédiatement désactivé.

Cependant, pour les applications comportant un joint vertical ou soumis à la gravité, le couple d'arrêt du moteur peut ne pas suffire à lui seul à empêcher le déplacement de la charge mécanique.

Pour cette raison, le HAG peut également être équipé d'un frein.

En cas de déclenchement de l'arrêt d'urgence (STO), le frein permet de maintenir l'articulation et de réduire le risque de chute de la charge sous l'effet de sa propre gravité. Une fois l'état de sécurité approprié confirmé par le système, le frein peut être relâché via le système de commande et l'interface de communication, conformément à l'architecture de sécurité de l'application.

Cette combinaison offre deux fonctions différentes :

• STO : empêche le moteur de générer un couple moteur.

• Frein : permet de maintenir mécaniquement la charge en cas de besoin.

Ces fonctions doivent être intégrées à l'architecture complète de sécurité de la machine, conformément aux normes de sécurité applicables et à l'évaluation des risques du fabricant.

Pourquoi les fonctions STO et de freinage sont-elles importantes dans les applications médicales et de haute sécurité ?

Les actionneurs robotiques utilisés dans les équipements médicaux, l'automatisation des laboratoires, les machines collaboratives et autres systèmes d'interaction homme-machine peuvent nécessiter des mesures supplémentaires pour contrôler les mouvements non intentionnels.

Prenons l'exemple d'une articulation robotique supportant une charge verticale. Si le couple moteur est supprimé sans mécanisme de maintien approprié, la gravité risque d'entraîner le déplacement de la charge.

Un frein peut assurer un maintien mécanique, tandis qu'un STO peut désactiver la génération de couple moteur.

Cela rend la combinaison STO + frein + retour d'information haute résolution particulièrement utile dans le cadre d'une architecture de mouvement axée sur la sécurité.

Toutefois, la présence d'un STO sur un actionneur ne rend pas automatiquement le robot ou le dispositif médical complet certifié conforme aux normes de sécurité.

Les performances finales en matière de sécurité dépendent du système complet, y compris du contrôleur de sécurité, du câblage, du frein mécanique, de l'évaluation des risques, de l'architecture logicielle et des normes applicables.

EtherCAT, CANopen, CAN-FD et Modbus pour une intégration flexible

Les actionneurs des articulations du robot doivent communiquer de manière fiable avec le contrôleur du robot.

HAG prend en charge plusieurs interfaces de communication industrielle, notamment :

• EtherCAT avec CiA 402

• CANopen avec CiA 402

• CAN-FD

• Modbus RS485

Cela permet d'intégrer HAG dans différentes architectures de robots et d'automatisation.

Pour les systèmes robotiques multi-axes nécessitant un mouvement synchronisé et un contrôle en temps réel, EtherCAT fournit une plateforme de communication adaptée.

Les protocoles CANopen et CAN-FD peuvent être utilisés dans différentes architectures de contrôle de mouvement distribuées, tandis que le Modbus RS485 offre une autre option pour l'intégration d'équipements industriels.

HAG prend également en charge deux entrées et sorties numériques 24 V et une interface analogique ±10 V, offrant une flexibilité supplémentaire pour le contrôle au niveau de la machine.

Plusieurs modes de mouvement pour différentes stratégies de contrôle du robot

Une articulation robotique haute performance doit prendre en charge bien plus qu'un simple contrôle de position.

HAG prend en charge plusieurs modes de fonctionnement, notamment :

• Mode de position du profil

• Mode de vitesse du profil

• Mode de couple de profil

• Position synchrone cyclique

• Vitesse synchrone cyclique

• Courant synchrone cyclique

• Commande analogique

• Mode de retour à l'origine

Ces modes de commande permettent d'adapter l'actionneur à différentes architectures de robots et exigences de contrôle de mouvement.

Par exemple, les modes synchrones cycliques peuvent être utilisés dans les systèmes de contrôle de mouvement en réseau avancés, tandis que les modes de profil peuvent simplifier les commandes de mouvement pour des applications d'automatisation spécifiques.

Cette flexibilité rend le HAG adapté aussi bien au développement de joints robotiques qu'aux équipements de contrôle de mouvement industriels.

Mise en service USB et surveillance des paramètres en temps réel

Le développement d'une articulation robotique haute performance ne se limite pas au matériel. Une mise en service efficace et un réglage précis des paramètres sont tout aussi importants.

HAG fournit une interface de débogage USB qui permet aux ingénieurs d'accéder à des informations de contrôle importantes et de surveiller l'état du lecteur.

Les ingénieurs peuvent travailler avec les boucles de contrôle de position, de vitesse et de courant et ajuster les paramètres PID lors de la mise en service.

Cela peut contribuer à raccourcir le temps de développement lors de l'optimisation des performances des actionneurs pour différents mécanismes de robots, charges utiles et profils de mouvement.

Identification avancée de l'inertie pour les charges variables

Les articulations robotiques fonctionnent souvent dans des conditions de charge variables.

Un bras robotisé peut transporter différents outils ou pièces à usiner, tandis qu'un robot humanoïde peut subir des charges articulaires constamment variables en fonction de ses changements de posture.

HAG intègre une identification d'inertie avancée pour améliorer l'adaptation aux conditions de charge variables.

En identifiant les variations de la charge mécanique, le système de commande peut mieux adapter ses paramètres de contrôle de mouvement aux conditions de fonctionnement réelles.

Cette capacité peut s'avérer particulièrement utile dans les applications robotiques où la charge utile et la dynamique des articulations changent fréquemment.

Protection complète pour les opérations industrielles

HAG intègre de multiples fonctions de protection pour assurer un fonctionnement fiable en milieu industriel.

Les fonctions de protection comprennent :

• Protection contre les surtensions

• Protection contre les sous-tensions

• Protection contre les surintensités

• Protection contre la surchauffe

• Protection contre les erreurs de suivi

• Protection contre les erreurs de synchronisation

• protection contre les défauts de communication

• STO

L'actionneur est également conçu pour les conditions de fonctionnement industrielles, avec une résistance aux vibrations, des performances d'isolation élevées et une protection jusqu'à IP40 selon la configuration.

Ces fonctions contribuent à protéger l'actionneur et l'ensemble du système de mouvement contre les anomalies électriques, thermiques, de communication et de contrôle courantes.

Conception à arbre creux pour un acheminement simplifié des câbles

La technologie HAG repose sur une architecture à arbre creux qui offre une flexibilité accrue pour le passage interne des câbles.

Les câbles et autres composants peuvent être acheminés à travers la partie creuse de l'actionneur au lieu d'être placés entièrement autour de l'extérieur de l'articulation.

Pour les bras robotisés et les robots humanoïdes, le passage interne des câbles peut contribuer à réduire l'exposition des câbles externes et à favoriser une intégration mécanique plus propre.

L'architecture creuse peut s'avérer particulièrement utile pour les assemblages où l'espace est limité et où la gestion des câbles constitue un élément important de la conception mécanique.

Où peut-on utiliser l'actionneur harmonique HAG ?

La combinaison de la transmission harmonique, du retour d'information haute résolution, de l'électronique d'entraînement intégrée, des interfaces de communication et des fonctions de sécurité optionnelles rend le HAG adapté à une gamme d'applications de mouvement de précision.

Robots industriels

Le HAG peut être utilisé comme actionneur d'articulation robotique pour les bras robotiques nécessitant un mouvement rotatif précis et répétable.

Robots collaboratifs

L'architecture intégrée peut contribuer à réduire le nombre de composants externes autour de l'articulation et à favoriser la conception de robots collaboratifs compacts.

Robots humanoïdes

Les robots humanoïdes nécessitent des systèmes articulaires compacts, légers et performants, capables de mouvements dynamiques et coordonnés.

L'architecture HAG intégrée permet de combiner les fonctions de moteur, de transmission harmonique, d'encodeur et d'entraînement dans un ensemble articulaire compact.

Automatisation médicale et de laboratoire

Pour les équipements d'automatisation médicale et de laboratoire, les fonctions optionnelles STO et de freinage peuvent offrir des options de conception supplémentaires liées à la sécurité lorsque l'arrêt contrôlé du couple et le maintien de la charge sont nécessaires.

La mise en œuvre finale des mesures de sécurité doit toujours être validée au niveau de l'équipement complet.

Automatisation industrielle

Grâce à sa compatibilité avec EtherCAT, CANopen, CAN-FD et Modbus, HAG peut être intégré dans des systèmes d'automatisation industrielle avancés et des systèmes de contrôle de mouvement multi-axes.

Actionneur harmonique HAG vs. architecture conventionnelle à entraînement externe

La principale différence entre un actionneur harmonique à haute intensité (HAG) et un système d'actionneur harmonique conventionnel réside dans le niveau d'intégration.

Une architecture conventionnelle peut nécessiter :

Moteur + Réducteur harmonique + Encodeur + Servomoteur externe + Câblage supplémentaire

HAG intègre les principaux composants de commande de mouvement dans :

Transmission harmonique + Moteur couple sans cadre + Encodeurs double face + Entraînement intégré

Les fonctions STO et de freinage optionnelles peuvent étendre davantage les capacités de l'actionneur pour les applications axées sur la sécurité.

Cette approche intégrée permet de réduire la complexité du système et d'offrir aux fabricants de robots une base plus compacte pour la conception d'articulations robotiques hautes performances.

HONPINE HAG : Bien plus qu'un moteur à engrenages harmoniques

Un motoréducteur harmonique classique vise principalement à convertir la vitesse du moteur en un couple rotatif contrôlé.

L'actionneur harmonique HAG va plus loin en intégrant la transmission mécanique, le moteur, le système de rétroaction, l'électronique d'entraînement, les interfaces de communication et les fonctions de sécurité optionnelles dans un seul actionneur robotique.

Cela rend le HAG particulièrement adapté aux ingénieurs recherchant un actionneur complet pour articulations de robot plutôt qu'un réducteur harmonique autonome.

Sa combinaison de :

• Rétroaction latérale haute vitesse 20 bits

• Rétroaction côté sortie 19 bits

• servomoteur intégré

• Transmission harmonique de haute précision

• STO et frein en option

• arbre creux

• EtherCAT / CANopen / CAN-FD / Modbus

• Identification avancée de l'inertie

• Fonctions de protection multiples

elle constitue une base pour le développement de systèmes de mouvement robotiques compacts, précis, réactifs et soucieux de la sécurité.

Questions fréquemment posées sur les actionneurs harmoniques

Qu'est-ce qu'un actionneur harmonique ?

Un actionneur harmonique est une unité de mouvement rotatif intégrée qui combine généralement un moteur, un mécanisme de réduction harmonique, un codeur et une électronique d'entraînement pour fournir un mouvement rotatif contrôlé de haute précision.

Quelle est la différence entre un réducteur harmonique et un actionneur harmonique ?

Un réducteur harmonique est principalement un composant de transmission mécanique qui réduit la vitesse et augmente le couple. Un actionneur harmonique combine le réducteur avec d'autres composants tels qu'un moteur, un codeur et une électronique de commande pour créer une unité de contrôle de mouvement complète.

Pourquoi une articulation de robot a-t-elle besoin d'un codeur de sortie ?

Un codeur de sortie fournit un retour d'information sur la position réelle de l'articulation côté sortie. Ceci permet d'améliorer la commande en boucle fermée et de permettre au contrôleur de surveiller la sortie mécanique réelle au lieu de se fier uniquement au retour d'information côté moteur.

Qu'est-ce que le STO dans un actionneur robotique ?

STO signifie « Safe Torque Off » (coupure de couple sécurisée). Il s'agit d'une fonction de sécurité conçue pour empêcher le moteur de générer du couple en désactivant la capacité de production de couple du variateur. La fonction STO doit être intégrée à l'architecture de sécurité complète de la machine.

L'outil STO empêche-t-il la chute d'une articulation verticale de robot ?

Le système STO désactive le couple moteur, mais ne maintient pas mécaniquement un axe soumis à la gravité. Pour les applications où une charge doit être maintenue après la suppression du couple, un frein mécanique approprié peut être nécessaire.

Le HAG est-il adapté aux robots humanoïdes ?

Oui. Son architecture intégrée compacte, sa transmission harmonique, son retour d'information haute résolution, son arbre creux et son entraînement intégré rendent le HAG adapté au développement d'articulations robotiques compactes, y compris pour des applications potentielles dans les robots humanoïdes.

Quels protocoles de communication HAG prend-il en charge ?

HAG prend en charge EtherCAT avec CiA 402, CANopen avec CiA 402, CAN-FD et RS485 Modbus, offrant une flexibilité pour différentes architectures de contrôle d'automatisation robotique et industrielle.

Conclusion

La prochaine génération d'articulations robotiques s'éloigne de la combinaison traditionnelle d'un moteur, d'un réducteur, d'un codeur et d'un entraînement externe.

Les systèmes robotiques modernes exigent de plus en plus une haute précision, une intégration compacte, un retour d'information haute résolution, un contrôle intelligent, une communication flexible et une sécurité fonctionnelle au sein d'un seul actionneur.

L'actionneur harmonique HONPINE HAG réunit ces fonctionnalités dans une solution de mouvement robotique intégrée.

Avec des codeurs haute résolution double face, une transmission harmonique de précision, une électronique d'entraînement intégrée, des fonctions STO et de freinage en option, une architecture à arbre creux, de multiples protocoles de communication industrielle et des fonctions de contrôle de mouvement avancées, HAG fournit une plateforme haute performance pour les robots industriels, les robots collaboratifs, les robots humanoïdes, l'automatisation médicale et les équipements industriels avancés.

Pour les ingénieurs qui développent la prochaine génération d'articulations robotiques, HAG offre une voie pratique permettant de passer d'une transmission harmonique de précision à un contrôle de mouvement intelligent intégré.