Solutions de modules d’articulation robotique pour les bras et les jambes de robots humanoïdes

L’application des bras robotisés s’étend rapidement à un large éventail de secteurs. Un haut du corps robotisé peut faire partie d’un robot humanoïde complet, ou être combiné à un bras robotisé fixe et à une base mobile, ou à un bras robotisé doté d’une main dextre, afin d’effectuer des tâches telles que la prise et le placement de composants, le vissage, l’insertion et le retrait de connecteurs, l’actionnement de commutateurs, la manipulation de boîtes, l’utilisation d’outils électriques, la prise guidée par vision, la préparation de commandes en entrepôt, l’assemblage automobile, l’assemblage d’équipements électroniques 3C, les opérations de laboratoire et l’assistance médicale.

Au cœur de ces applications se trouvent lesmodules articulaires robotiques, qui jouent un rôle essentiel pour fournir le mouvement, le couple, la précision et la réactivité requis.

Les articulations de petite taille privilégient généralement un faible poids et une réponse rapide, tandis que les articulations plus grandes nécessitent une densité de couple et une fiabilité plus élevées. Une bonne solution d’articulation ne consiste pas simplement à augmenter ou réduire l’échelle d’un même module. Chaque articulation doit au contraire être précisément adaptée à sa charge, à sa plage de mouvement et à ses exigences de contrôle spécifiques.

Les modules articulaires robotiques HONPINE comprennent quatre séries de modules articulaires harmoniques —HPJM,TCHL,HAU etHAG— ainsi que les séries de modules articulaires planétaires HPA et JRM.

Dans cet article, nous utilisons la série HONPINE HPJM comme exemple pour présenter une solution de module articulaire robotique destinée aux membres supérieurs et inférieurs des robots humanoïdes.

Solution d’articulation pour les membres supérieurs des robots humanoïdes : configuration par niveaux de couple pour l’épaule, le coude et le poignet

Poignet et doigts : 3–10 Nm

Les articulations du poignet et des doigts comptent parmi les plus petites articulations d’un robot humanoïde. Elles nécessitent un poids extrêmement faible et une réponse rapide afin d’assurer des mouvements agiles.

La série HONPINE HPJM-RE30-40 fournit un couple de crête de 3.3–4.8 Nm pour un poids de seulement 0.19 kg, ce qui la rend bien adaptée aux poignets, aux doigts et aux autres articulations distales.

Avec une large plage de tension de 24–48 V, une communication CAN et une conception hautement intégrée, le module offre une solution compacte pour les articulations légères de robots humanoïdes.

Coude : 20–50 Nm

L’articulation du coude doit supporter la charge de l’avant-bras et de la main tout en offrant une amplitude de mouvement suffisante.

La série HONPINE HPJM-RE50-60 fournit jusqu’à 34 Nm de couple de crête pour un poids de 0.45 kg. Des rapports de réduction de 51, 81 et 101 sont disponibles, ce qui en fait un choix pratique pour les articulations de coude des robots humanoïdes.

Pour les applications nécessitant un couple plus élevé, la série HPJM-RE60-70 fournit jusqu’à 66 Nm de couple de crête, répondant à des exigences de charge utile plus élevées.

Épaule : 50–150 Nm

L’épaule est l’une des plus grandes articulations du membre supérieur. Elle doit supporter le poids de l’ensemble du bras tout en offrant une large amplitude de mouvement.

La série HONPINE HPJM-RE70-80 fournit un couple de crête de 69–108 Nm, tandis que la série HPJM-RE80-97 fournit jusqu’à 217 Nm de couple de crête, couvrant une large gamme d’exigences d’articulations d’épaule, des applications légères aux applications à charge plus élevée.

La version à double encodeur prend en charge CAN et EtherCAT, permettant une synchronisation plus précise et un contrôle coordonné de plusieurs articulations robotiques.

Conception légère pour les membres supérieurs des robots humanoïdes

La réduction du poids est une priorité commune à toutes les articulations des membres supérieurs des robots humanoïdes.

Par rapport à la série PRO standard de même classe de taille, la série HONPINE HPJM-REPRO-S est environ 15%–30% plus légère. Cela peut être particulièrement précieux pour les robots humanoïdes, pour lesquels le contrôle du poids global du système est essentiel.

Solution d’articulation pour les membres inférieurs des robots humanoïdes : équilibre entre charge élevée et conception légère

Les articulations des membres inférieurs sont soumises à des exigences de charge et d’impact nettement plus élevées que de nombreuses articulations des membres supérieurs. Le principal défi consiste à équilibrer la capacité de couple, la résistance structurelle, la réactivité et le poids.

Cheville : 30–80 Nm

L’articulation de la cheville joue un rôle essentiel dans le maintien de l’équilibre et nécessite une réponse rapide associée à une capacité de couple adéquate.

Les séries HONPINE HPJM-RE50-70 et HPJM-RE60-70 peuvent être utilisées pour des applications de cheville, fournissant un couple de crête de 34–66 Nm pour des poids d’environ 0.6–0.8 kg.

Cela assure un équilibre entre vitesse de réponse et capacité de charge pour les articulations de cheville des robots humanoïdes.

Genou : 80–200 Nm

L’articulation du genou subit des charges d’impact importantes lors de la marche, de l’accroupissement et d’autres mouvements dynamiques. Elle exige donc une capacité de couple élevée et un fonctionnement fiable.

La série HONPINE HPJM-RE80-97 fournit un couple de crête de 121–217 Nm, tandis que la série HPJM-RE80-110 fournit jusqu’à 217 Nm de couple de crête, ce qui rend ces séries adaptées à diverses applications d’articulations de genou de robots humanoïdes.

La conception à grand alésage creux, avec un trou traversant de 27 mm, facilite le passage interne des câbles ainsi que des conduites pneumatiques ou hydrauliques.

Hanche : 150–800 Nm

La hanche est l’une des articulations les plus grandes et les plus fortement sollicitées d’un robot humanoïde. Elle doit supporter le poids total du robot tout en permettant des mouvements multi-axes.

La série HONPINE HPJM-RE100-120 fournit un couple de crête de 267–459 Nm, tandis que la série HPJM-RE110-145 fournit jusqu’à 491–800 Nm de couple de crête, offrant des options à couple élevé pour les applications d’articulations de hanche à usage intensif.

Le produit est conçu pour une durée de vie de plus de 10,000 heures tout en maintenant sa précision dans les conditions de couple continu spécifiées, ce qui favorise la fiabilité de fonctionnement à long terme.

Pourquoi les modules articulaires harmoniques intégrés sont-ils importants pour les robots humanoïdes ?

Pour les membres inférieurs des robots humanoïdes, l’un des principaux défis d’ingénierie consiste à atteindre le juste équilibre entre une capacité de charge élevée et une construction légère.

La série HONPINE HPJM associe un réducteur harmonique à un moteur couple sans carcasse, offrant une densité de couple élevée dans un format compact. Un roulement à rouleaux croisés assure une capacité de charge axiale et radiale élevée tout en offrant une forte résistance aux charges d’impact.

Cette architecture intégrée regroupe les principaux composants requis pour une articulation robotique dans un module compact, contribuant à réduire la complexité et le poids global de l’ensemble de l’articulation.

Modules articulaires robotiques et espace de travail des bras de robots humanoïdes

La fonction la plus élémentaire d’un bras robotisé est d’atteindre vers l’extérieur. Toutefois, le véritable défi est de savoir si le bras peut couvrir un espace de travail suffisamment vaste, atteindre les cibles avec la posture appropriée et se coordonner efficacement avec le système de vision, le torse et les membres inférieurs du robot.

Le membre supérieur agit comme un porte-à-faux distal et génère donc une charge à long bras de levier. Sur un robot humanoïde, le poids du bras lui-même peut produire des moments de renversement importants au niveau de la hanche, de la taille et des membres inférieurs.

Un module articulaire robotique intégré peut contribuer à réduire le poids et la complexité de chaque articulation tout en maintenant les performances de couple, de contrôle et de mouvement requises pour l’application. Cela permet d’obtenir des bras de robots humanoïdes plus compacts et plus réactifs, tout en favorisant des mouvements coordonnés de l’ensemble du corps.

Contactez HONPINE pour en savoir plus sur nos modules articulaires robotiques et discuter d’une solution d’articulation adaptée à votre application de robot humanoïde.