Comment sélectionner et utiliser des modules d’articulation robotisés ?

Bonjour, je suis Theodore Li, directeur technique chez HONPINE. Dans cet article, je vais utiliser la série de modules articulaires harmoniques HONPINE HPJM pour expliquer comment sélectionner et mettre en serviceles modules articulaires robotiques, en couvrant l’installation mécanique, le câblage électrique, la configuration de la communication et la configuration du contrôle.

Un module articulaire robotique intègre l’électronique d’entraînement, le mécanisme de réduction, les codeurs et le frein dans un ensemble cylindrique compact. Cependant, recevoir le module ne signifie pas que votre robot est prêt à se déplacer. Une sélection incorrecte peut vous obliger à repenser l’architecture du câblage et de la communication, tandis que des connexions inappropriées peuvent provoquer des erreurs de communication et des alarmes répétées lors de la mise en service.

La mise en œuvre est souvent ralentie par l’absence d’un processus clair reliant la sélection du produit à son bon fonctionnement. Comprendre l’ensemble du processus aide les ingénieurs à éviter les modifications inutiles et à mettre leurs systèmes en service plus efficacement.

1. Comment sélectionner un module articulaire robotique : la série HPJM comme exemple

La série HONPINE HPJM couvre des diamètres extérieurs de 30 à 170 mm, avec des configurations à codeur simple ou double disponibles sur toute la gamme. Elle offre ainsi des options pour des articulations de différentes dimensions, des articulations compactes de mains agiles aux articulations de hanche plus grandes de robots humanoïdes.

L’interface de communication est une décision à prendre dès le début. Les modules HPJM à codeur simple utilisent la communication CAN, tandis que les versions à double codeur prennent en charge CAN et EtherCAT. Les applications de mains utilisent couramment RS-485, selon l’actionneur sélectionné et l’architecture du système.

Chez HONPINE, nous insistons sur la définition du bus de communication et de l’architecture d’alimentation avant de finaliser la conception mécanique. Ces décisions ont une incidence sur le contrôleur, le câblage et la stratégie d’intégration. Les reporter après l’assemblage du prototype peut entraîner des modifications inutiles.

2. Pourquoi les modules articulaires intégrés sont-ils plus faciles à installer et à utiliser ?

L’un des principaux avantages des modules articulaires légers modernes est qu’une grande partie du travail d’intégration est réalisée en usine, ce qui simplifie la mise en œuvre pour le client. Le module articulaire harmonique HPJM réunit un servovariateur, un système de codeurs, un moteur couple sans carcasse, un frein et un réducteur harmonique dans un seul ensemble.

Cette conception intégrée simplifie l’installation et l’utilisation tout en réduisant les besoins de maintenance courante. Le grand alésage traversant permet également de faire passer des câbles et des tubes pneumatiques, aidant les ingénieurs à organiser les connexions dans l’ensemble du robot.

L’installation mécanique exige néanmoins une attention particulière. Bien que le module simplifie l’intégration, la précision de son montage dépend de la structure environnante. Les surfaces de montage et l’alignement doivent être correctement définis par vos composants mécaniques. Une conception intégrée ne dispense pas d’une installation précise et sûre.

3. Câblage électrique : alimentation et communication

Le câblage électrique comprend deux principaux raccordements : l’alimentation et la communication. Tous deux exigent une attention particulière, car une connexion incorrecte peut empêcher le module de fonctionner ou provoquer des défauts lors de la mise en service.

Le module HPJM utilise un connecteur d’alimentation rectangulaire doté de bornes positive et négative dédiées. Avant de raccorder l’alimentation, vérifiez la polarité à l’aide du schéma de connexion du modèle concerné. L’interface CAN comporte trois raccordements : H pour CAN haut, L pour CAN bas et G pour la masse.

L’interface EtherCAT dispose de ports IN et OUT distincts, avec les signaux de communication Tx+, Tx−, Rx+ et Rx−. Avec le code couleur T568B, ils correspondent respectivement au blanc/orange, à l’orange, au blanc/vert et au vert. Lors de la préparation ou de la vérification des câbles, respectez toujours le brochage spécifié pour le connecteur du module.

Sur les modules à double codeur, les interfaces EtherCAT et CAN peuvent coexister. Toutefois, les commandes de contrôle provenant des deux interfaces ne peuvent pas être actives simultanément. EtherCAT est prioritaire sur CAN ; la configuration du contrôleur doit donc tenir compte de la source de commande prévue.

4. Configuration de la communication : CAN et EtherCAT

La communication relie les articulations individuelles pour former un système robotique coordonné. CAN et EtherCAT ont chacun leurs propres exigences de configuration ; le choix doit tenir compte de la plateforme du contrôleur, du nombre d’articulations et de la fréquence de mise à jour requise.

Pour la série HPJM, le débit de communication CAN spécifié est de 1 Mbps. Dans une application comportant sept moteurs, la fréquence de mise à jour de la communication est d’environ 300 Hz. Chaque module doit avoir un identifiant CAN unique. Attribuer les identifiants dans l’ordre facilite la gestion, le dépannage et l’extension d’un système comportant plusieurs modules.

La série HPJM prend en charge la communication EtherCAT à 100 Mbps, avec des fréquences de mise à jour de la communication allant jusqu’à 4 kHz. EtherCAT est conçu pour maintenir des cycles de communication courts entre plusieurs dispositifs esclaves. La fréquence de mise à jour atteignable doit néanmoins être vérifiée en fonction du maître utilisé, de la configuration réseau et des exigences relatives aux données de processus.

Un système EtherCAT se compose d’un maître et de plusieurs esclaves. Le maître peut être une plateforme logicielle telle que TwinCAT ou CODESYS, ou un automate compatible de fabricants tels qu’Inovance et HCFA. Pour les premiers essais, un ordinateur exécutant TwinCAT ou CODESYS constitue une plateforme pratique pour vérifier la communication et le fonctionnement de base.

Pour connecter le réseau, raccordez le maître EtherCAT au port IN du premier esclave, puis le port OUT de cet esclave au port IN du suivant. Répétez cette séquence pour les modules restants. Le respect de l’ordre IN vers OUT permet de préserver la topologie réseau prévue et l’identification des esclaves.

5. Contrôle et mise en service : faire bouger l’articulation

Une fois le câblage et la configuration de la communication terminés, l’étape suivante consiste à faire réagir correctement l’articulation aux commandes de votre contrôleur. Les modes de fonctionnement disponibles comprennent le contrôle de position, le contrôle de vitesse, le contrôle du courant ou du couple, ainsi que le contrôle hybride force-position. Ces modes couvrent des applications allant du positionnement et du suivi de trajectoire aux interactions souples avec les personnes, les outils et l’environnement.

Les moteurs articulaires HPJM suivent le cadre IEC 61800-7 et la machine d’état d’entraînement CiA 402. En pratique, la mise en service passe par les étapes d’initialisation, d’état désactivé, de disponibilité, d’activation et de fonctionnement. Le contrôleur doit envoyer les commandes appropriées à chaque transition d’état au lieu d’émettre immédiatement des commandes de mouvement après la mise sous tension. La séquence exacte des transitions et les réglages du controlword doivent respecter la documentation du module sélectionné.

Les modules HPJM fournissent également des codes d’alarme et des voyants d’état verts et bleus pour faciliter le dépannage. Les problèmes courants comprennent l’impossibilité d’ouvrir l’interface CAN, un périphérique de communication déjà utilisé par une autre application, des défauts de puce d’entraînement, des surtensions, des sous-tensions et des défauts de codeur. Les instructions de dépannage correspondantes expliquent comment vérifier et résoudre ces problèmes.

Lors de la mise en service, lisez le statusword et toute information de défaut active avant d’envoyer des commandes de mouvement. Cela permet d’identifier le problème réel et de réduire les essais inutiles.

6. Comment HONPINE aide ses clients à éviter les erreurs de sélection

HONPINE propose plusieurs séries de modules articulaires robotiques pour répondre à différents besoins d’application. Nosmodules articulaires harmoniquescomprennent les sériesHPJM,TCHL etHAG, tandis que nosmodules articulaires planétairescomprennent les sériesJRM etHPA. Au début du processus de sélection, nous évaluons le budget et les conditions de fonctionnement du client afin de recommander une configuration adaptée.

La mise en œuvre réussie d’un module articulaire robotique comporte cinq étapes liées entre elles : sélectionner les spécifications appropriées, installer le module avec précision et en toute sécurité, réaliser le câblage électrique, configurer le réseau de communication et mettre le module en service conformément à sa machine d’état d’entraînement. Chaque étape contribue à un fonctionnement fiable, et les décisions prises au début du processus influent sur les étapes suivantes.

HONPINE fournit une assistance technique dédiée et personnalisée tout au long de la sélection, du prototypage, de la production en petites séries et de la livraison en grande série. Indiquez-nous les exigences de charge de votre articulation, la plateforme de votre contrôleur et votre calendrier de production ; nous vous aiderons à sélectionner un module articulaire robotique adapté à votre application.