Actuador armónico HONPINE HAG: movimiento de articulación robótica de alto rendimiento con accionamiento integrado y STO

Las articulaciones robóticas modernas requieren más que una caja de engranajes de precisión. A medida que los robots industriales, los robots colaborativos, los robots humanoides y los sistemas de automatización inteligentes se vuelven más compactos y dinámicos, los actuadores de las articulaciones robóticas deben combinar alta precisión de posicionamiento, respuesta rápida, integración compacta, retroalimentación confiable y seguridad funcional en un solo sistema de movimiento.

El actuador armónico HONPINE HAG está diseñado para la próxima generación de control de movimiento robótico. Integra un mecanismo de engranajes armónicos de alta precisión, un motor de par sin carcasa, codificadores de alta resolución y un servomotor integrado en un actuador compacto para articulaciones robóticas. Las funciones opcionales de desconexión segura del par (STO) y de frenado ofrecen opciones de seguridad adicionales para aplicaciones que requieren una desconexión controlada del par y la retención de carga.

Gracias a su compatibilidad con EtherCAT, CANopen, CAN-FD y RS485 Modbus, HAG proporciona una plataforma completa de control de movimiento para aplicaciones de robótica y automatización industrial.

¿Qué es el actuador armónico HONPINE HAG?

El actuador armónico HAG es un actuador robótico integrado que combina los componentes principales necesarios para un movimiento rotatorio de precisión en una sola unidad.

En lugar de utilizar un reductor armónico, un motor, un codificador y un servocontrolador externo por separado, HAG integra estos componentes en una solución compacta para la articulación del robot.

La arquitectura integrada incluye:

• Transmisión armónica de alta precisión

• Motor de par sin bastidor

• Codificador lateral de alta velocidad de 20 bits

• Codificador de salida de 19 bits

• servoaccionamiento integrado

• STO opcional

• Freno opcional

• Eje hueco

Múltiples interfaces de comunicación industrial

Este diseño integrado reduce la necesidad de componentes de accionamiento externos separados y puede simplificar la integración mecánica y eléctrica de las articulaciones robóticas.

Para los fabricantes de robots, el resultado es una arquitectura de control de movimiento más compacta, con menos componentes externos y un acceso más directo a las funciones de control de posición, velocidad y corriente de la articulación.

¿Por qué son importantes los actuadores armónicos integrados para los robots modernos?

Las arquitecturas tradicionales de articulaciones robóticas suelen requerir la instalación y conexión por separado de múltiples componentes. Un motor, un reductor armónico, un codificador y un servomotor pueden ocupar distintas áreas del robot y requerir cables y conectores adicionales.

A medida que las articulaciones de los robots se vuelven más pequeñas y sofisticadas, este enfoque puede generar desafíos en:

• Espacio de instalación

• Enrutamiento de cables

• Gestión térmica

• Integración eléctrica

• Puesta en marcha del sistema

• Configuración de control de movimiento

Un actuador armónico integrado aborda estos desafíos al combinar los componentes clave del movimiento en una sola unidad.

La arquitectura HAG es especialmente relevante para robots humanoides, robots colaborativos, brazos robóticos industriales y sistemas de automatización compactos, donde el espacio disponible para las articulaciones es limitado y el rendimiento del movimiento dinámico es importante.

Retroalimentación de alta resolución de doble cara para control de movimiento de bucle cerrado.

Una de las características distintivas del actuador armónico HAG es su configuración de codificador de alta resolución.

HAG utiliza un codificador de 20 bits en el lado de alta velocidad y un codificador de 19 bits en el lado de salida. Esta arquitectura de retroalimentación de doble cara proporciona al sistema de control información detallada sobre el movimiento tanto del motor como de la salida.

¿Por qué es importante esto?

Una articulación robótica no solo necesita saber cómo gira el motor, sino que también requiere información precisa sobre el movimiento de salida real tras el mecanismo de reducción.

La retroalimentación del lado de salida puede ayudar al sistema de control a monitorear la posición real de la articulación y compensar los errores de movimiento dentro del sistema de control.

Esto es particularmente valioso para aplicaciones robóticas que requieren:

• Posicionamiento preciso

• Movimiento repetible

• Inversión de dirección suave

• Control de trayectoria dinámica

• Funcionamiento estable bajo cargas variables

La combinación de retroalimentación de alta resolución y transmisión armónica permite que HAG funcione como un sistema de movimiento robótico de bucle cerrado completo, en lugar de ser simplemente una combinación de motor y caja de engranajes.

Transmisión armónica de alta precisión para articulaciones robóticas

El mecanismo de transmisión armónica es un elemento clave del actuador HAG.

La tecnología de engranajes armónicos se utiliza ampliamente en las articulaciones robóticas porque puede proporcionar altas relaciones de reducción, dimensiones compactas, alta precisión de posicionamiento y características de baja holgura.

Para las aplicaciones robóticas, estas características son importantes porque la caja de engranajes influye directamente en la relación entre la rotación del motor y el movimiento de las articulaciones.

HAG combina la transmisión armónica con un motor de par sin carcasa y una electrónica de control integrada, creando un actuador rotativo compacto optimizado para el movimiento robótico.

Esta arquitectura puede ayudar a los diseñadores de robots a lograr un alto nivel de rendimiento de movimiento sin necesidad de instalar un servomotor externo convencional junto a cada articulación.

La arquitectura de accionamiento integrada reduce la complejidad del sistema.

El servoaccionamiento está integrado en la base del actuador HAG.

Esta es una diferencia importante entre HAG y las arquitecturas de actuadores armónicos convencionales que utilizan un controlador externo.

Gracias a la integración del accionamiento en el actuador, el diseñador del robot puede reducir el número de componentes instalados por separado y simplificar las conexiones eléctricas alrededor de la articulación.

Los beneficios pueden incluir:

Arquitectura de sistema más compacta:

La unidad no requiere una ubicación de montaje separada.

Cableado simplificado:

Reducir el número de conexiones externas puede ayudar a disminuir la complejidad del cableado.

Integración del sistema más sencilla:

El motor, la transmisión armónica, el codificador y el accionamiento están diseñados como una única unidad de control de movimiento.

Espacio de instalación reducido:

La estructura integrada es adecuada para articulaciones robóticas compactas.

Para los robots humanoides y otras plataformas robóticas con limitaciones de espacio, estas características pueden resultar especialmente valiosas.

STO para un control de movimiento de robots más seguro

La seguridad está adquiriendo cada vez más importancia a medida que los robots operan más cerca de las personas y se implementan en entornos médicos, de laboratorio, colaborativos y de fabricación inteligente.

El actuador armónico HAG puede equiparse con STO (desconexión segura del par).

STO es una función de seguridad diseñada para evitar que el motor genere par, desactivando la capacidad de generación de par del variador. Es importante destacar que STO no se basa simplemente en un comando de software normal para detener el motor.

En un sistema relacionado con la seguridad, la entrada STO debe mantenerse en el estado seguro requerido antes de que se pueda restablecer la producción normal de par. Esta función está diseñada para que no pueda ser simplemente omitida mediante la depuración de software convencional.

Esto proporciona una capa de seguridad adicional basada en hardware para aplicaciones en las que es importante evitar el par motor no deseado.

¿Cómo funciona STO en el actuador HAG?

Cuando se activa la función STO, la salida de par del motor del actuador se desactiva inmediatamente.

Sin embargo, en aplicaciones con una junta vertical o sometida a carga gravitatoria, detener el par motor puede no ser suficiente por sí solo para evitar que la carga mecánica se mueva.

Por este motivo, HAG también puede equiparse con un freno.

Cuando se activa la parada de emergencia (STO), el freno se puede usar para sujetar la articulación y reducir el riesgo de que la carga caiga por gravedad. Una vez que el sistema confirma el estado de seguridad adecuado, el freno se puede liberar a través del sistema de control y la interfaz de comunicación cuando lo permita la arquitectura de seguridad de la aplicación.

Esta combinación proporciona dos funciones diferentes:

• STO: impide que el motor genere par motor.

• Freno: ayuda a sujetar mecánicamente la carga cuando es necesario.

Estas funciones deben integrarse en la arquitectura de seguridad completa de la máquina, de acuerdo con las normas de seguridad aplicables y la evaluación de riesgos del fabricante.

¿Por qué son importantes las funciones de parada de emergencia (STO) y de frenado en aplicaciones médicas y de alta seguridad?

Los actuadores robóticos utilizados en equipos médicos, automatización de laboratorios, maquinaria colaborativa y otros sistemas interactivos con humanos pueden requerir medidas adicionales para controlar los movimientos no deseados.

Consideremos una articulación robótica que soporta una carga vertical. Si se elimina el par motor sin un mecanismo de sujeción adecuado, la gravedad puede provocar el desplazamiento de la carga.

Un freno puede proporcionar sujeción mecánica, mientras que un interruptor de parada de emergencia (STO) puede desactivar la generación de par motor.

Esto hace que la combinación de STO + freno + retroalimentación de alta resolución sea particularmente útil como parte de una arquitectura de movimiento orientada a la seguridad.

Sin embargo, la presencia de STO en un actuador no implica automáticamente que el robot o dispositivo médico en su totalidad cuente con la certificación de seguridad.

El rendimiento final en materia de seguridad depende del sistema completo, incluyendo el controlador de seguridad, el cableado, el freno mecánico, la evaluación de riesgos, la arquitectura del software y las normas aplicables.

EtherCAT, CANopen, CAN-FD y Modbus para una integración flexible.

Los actuadores de las articulaciones del robot necesitan comunicarse de forma fiable con el controlador del robot.

HAG admite múltiples interfaces de comunicación industrial, entre las que se incluyen:

• EtherCAT con CiA 402

• CANopen con CiA 402

• CAN-FD

• Modbus RS485

Esto permite integrar HAG en diferentes arquitecturas de robótica y automatización.

Para sistemas robóticos multieje que requieren movimiento sincronizado y control en tiempo real, EtherCAT proporciona una plataforma de comunicación adecuada.

CANopen y CAN-FD pueden utilizarse en diferentes arquitecturas de control de movimiento distribuido, mientras que RS485 Modbus ofrece otra opción para la integración de equipos industriales.

HAG también admite entradas y salidas digitales duales de 24 V y una interfaz analógica de ±10 V, lo que proporciona una flexibilidad adicional para el control a nivel de máquina.

Múltiples modos de movimiento para diferentes estrategias de control del robot.

Una articulación robótica de alto rendimiento necesita ofrecer algo más que un control de posición básico.

HAG admite múltiples modos de funcionamiento, entre ellos:

• Modo de posición de perfil

• Modo de velocidad de perfil

• Modo de par de perfil

• Posición síncrona cíclica

• Velocidad síncrona cíclica

• Corriente síncrona cíclica

• Control analógico

• Modo de inicio

Estos modos de control permiten adaptar el actuador a diferentes arquitecturas de robots y requisitos de control de movimiento.

Por ejemplo, los modos síncronos cíclicos se pueden utilizar en sistemas avanzados de control de movimiento en red, mientras que los modos de perfil pueden simplificar los comandos de movimiento para aplicaciones de automatización específicas.

Esta flexibilidad hace que HAG sea adecuado tanto para el desarrollo de articulaciones robóticas como para equipos de control de movimiento industrial.

Puesta en marcha de USB y monitorización de parámetros en tiempo real

El desarrollo de una articulación robótica de alto rendimiento no se limita solo al hardware. La puesta en marcha eficiente y el ajuste de parámetros son igualmente importantes.

HAG proporciona una interfaz de depuración USB que permite a los ingenieros acceder a información de control importante y supervisar el estado de la unidad.

Los ingenieros pueden trabajar con los bucles de control de posición, velocidad y corriente, y ajustar los parámetros PID durante la puesta en marcha.

Esto puede ayudar a acortar el tiempo de desarrollo al optimizar el rendimiento de los actuadores para diferentes mecanismos robóticos, cargas útiles y perfiles de movimiento.

Identificación avanzada de inercia para cargas variables

Las articulaciones de los robots suelen funcionar bajo condiciones de carga variables.

Un brazo robótico puede transportar diferentes herramientas o piezas de trabajo, mientras que un robot humanoide puede experimentar cargas articulares que cambian constantemente a medida que cambia su postura.

HAG incluye un sistema avanzado de identificación de inercia para mejorar la adaptación a condiciones de carga variables.

Al identificar los cambios en la carga mecánica, el sistema de control puede adaptar mejor sus parámetros de control de movimiento a las condiciones de funcionamiento reales.

Esta capacidad puede resultar especialmente útil en aplicaciones robóticas donde la carga útil y la dinámica de las articulaciones cambian con frecuencia.

Protección integral para operaciones industriales

HAG incorpora múltiples funciones de protección para garantizar un funcionamiento fiable en entornos industriales.

Las funciones de protección incluyen:

• Protección contra sobretensiones

• Protección contra subtensión

• Protección contra sobrecorriente

• Protección contra sobretemperatura

• Protección contra errores de seguimiento

• Protección contra errores de sincronización

• Protección contra fallos de comunicación

• STO

El actuador también está diseñado para condiciones de funcionamiento industriales, con resistencia a las vibraciones, alto rendimiento de aislamiento y protección hasta IP40 según la configuración.

Estas funciones ayudan a proteger el actuador y el sistema de movimiento en general contra anomalías comunes de funcionamiento eléctrico, térmico, de comunicación y de control.

Diseño de eje hueco para simplificar el enrutamiento de cables.

HAG presenta una arquitectura de eje hueco que proporciona mayor flexibilidad para el enrutamiento interno de los cables.

Los cables y otros componentes pueden pasar a través de la sección hueca del actuador en lugar de colocarse completamente alrededor del exterior de la articulación.

En el caso de brazos robóticos y robots humanoides, el enrutamiento interno de cables puede ayudar a reducir la exposición de los cables externos y a facilitar una integración mecánica más limpia.

La arquitectura hueca puede resultar especialmente útil para uniones donde el espacio es limitado y la gestión de cables es una parte importante del diseño mecánico.

¿Dónde se puede utilizar el actuador armónico HAG?

La combinación de transmisión armónica, retroalimentación de alta resolución, electrónica de accionamiento integrada, interfaces de comunicación y funciones de seguridad opcionales hace que HAG sea adecuado para una amplia gama de aplicaciones de movimiento de precisión.

Robots industriales

HAG puede utilizarse como actuador de articulación para brazos robóticos que requieren un movimiento rotatorio preciso y repetible.

Robots colaborativos

La arquitectura integrada puede ayudar a reducir los componentes externos alrededor de la articulación y a respaldar diseños compactos de robots colaborativos.

Robots humanoides

Los robots humanoides requieren sistemas de articulaciones compactos, ligeros y de alto rendimiento, capaces de realizar movimientos dinámicos y coordinados.

La arquitectura HAG integrada permite combinar las funciones de motor, transmisión armónica, codificador y accionamiento en un paquete compacto de juntas.

Automatización médica y de laboratorio

En los equipos de automatización médica y de laboratorio, las funciones opcionales de parada de emergencia (STO) y de frenado pueden proporcionar opciones de diseño adicionales relacionadas con la seguridad cuando se requiere una parada de par controlada y la retención de carga.

La implementación final de las medidas de seguridad siempre debe validarse a nivel de equipo completo.

Automatización industrial

Gracias a su compatibilidad con EtherCAT, CANopen, CAN-FD y Modbus, HAG puede integrarse en sistemas avanzados de automatización industrial y control de movimiento multieje.

Actuador armónico HAG frente a la arquitectura de accionamiento externo convencional.

La principal diferencia entre HAG y un sistema de actuador armónico convencional radica en el nivel de integración.

Una arquitectura convencional puede requerir:

Motor + Caja de engranajes armónicos + Codificador + Servoaccionamiento externo + Cableado adicional

HAG integra los componentes clave de control de movimiento en:

Transmisión armónica + Motor de par sin carcasa + Codificadores de doble cara + Accionamiento integrado

Las funciones opcionales de parada y frenado pueden ampliar aún más las capacidades del actuador para aplicaciones orientadas a la seguridad.

Este enfoque integrado puede reducir la complejidad del sistema y proporcionar a los fabricantes de robots una base más compacta para el diseño de articulaciones robóticas de alto rendimiento.

HONPINE HAG: Más que un motor de engranajes armónicos

Un motorreductor armónico convencional se centra principalmente en convertir la velocidad del motor en un par de torsión rotatorio controlado.

El actuador armónico HAG va más allá al integrar la transmisión mecánica, el motor, el sistema de retroalimentación, la electrónica de accionamiento, las interfaces de comunicación y las funciones de seguridad opcionales en un solo actuador robótico.

Esto hace que HAG sea especialmente adecuado para ingenieros que buscan un actuador de articulación de robot completo en lugar de una caja de engranajes armónicos independiente.

Su combinación de:

• Retroalimentación lateral de alta velocidad de 20 bits

• Retroalimentación del lado de salida de 19 bits

• servoaccionamiento integrado

• Transmisión armónica de alta precisión

• STO y freno opcional

• Eje hueco

• EtherCAT / CANopen / CAN-FD / Modbus

• Identificación avanzada de inercia

• Múltiples funciones de protección

Proporciona una base para el desarrollo de sistemas de movimiento robótico compactos, precisos, con capacidad de respuesta y que priorizan la seguridad.

Preguntas frecuentes sobre actuadores armónicos

¿Qué es un actuador armónico?

Un actuador armónico es una unidad de movimiento rotatorio integrada que normalmente combina un motor, un mecanismo de reducción armónica, un codificador y componentes electrónicos de control para proporcionar un movimiento rotatorio controlado de alta precisión.

¿Cuál es la diferencia entre un reductor armónico y un actuador armónico?

Un reductor armónico es principalmente un componente de transmisión mecánica que reduce la velocidad y aumenta el par motor. Un actuador armónico combina el reductor con otros componentes, como un motor, un codificador y la electrónica de control, para crear una unidad completa de control de movimiento.

¿Por qué una articulación robótica necesita un codificador de salida?

Un codificador de salida proporciona información sobre la posición real de la articulación en el lado de salida. Esto puede mejorar el control de lazo cerrado y permitir que el controlador supervise la salida mecánica real en lugar de depender únicamente de la información del motor.

¿Qué es STO en un actuador robótico?

STO significa Desconexión Segura del Par (Safe Torque Off). Es una función de seguridad diseñada para evitar que el motor genere par, desactivando la capacidad de generación de par del variador. STO debe implementarse como parte de la arquitectura de seguridad integral de la máquina.

¿Evita el sistema STO que se caiga una articulación vertical del robot?

El sistema STO desactiva el par motor, pero por sí solo no sujeta mecánicamente un eje sometido a la fuerza de la gravedad. Para aplicaciones donde se requiere mantener una carga después de eliminar el par, puede ser necesario un freno mecánico adecuado.

¿Es HAG adecuado para robots humanoides?

Sí. Su arquitectura compacta e integrada, la transmisión armónica, la retroalimentación de alta resolución, el eje hueco y el accionamiento integrado hacen que HAG sea adecuado para el desarrollo de articulaciones robóticas compactas, incluidas posibles aplicaciones en robots humanoides.

¿Qué protocolos de comunicación admite HAG?

HAG es compatible con EtherCAT con CiA 402, CANopen con CiA 402, CAN-FD y Modbus RS485, lo que proporciona flexibilidad para diferentes arquitecturas de control de automatización robótica e industrial.

Conclusión

La próxima generación de articulaciones robóticas va más allá de la combinación tradicional de motor, caja de engranajes, codificador y accionamiento externo.

Los sistemas robóticos modernos requieren cada vez más alta precisión, integración compacta, retroalimentación de alta resolución, control inteligente, comunicación flexible y seguridad funcional dentro de un solo actuador.

El actuador armónico HONPINE HAG reúne estas capacidades en una solución de movimiento robótico integrada.

Con codificadores de alta resolución de doble cara, una transmisión armónica de precisión, electrónica de accionamiento integrada, funciones opcionales de parada y frenado, arquitectura de eje hueco, múltiples protocolos de comunicación industrial y funciones avanzadas de control de movimiento, HAG proporciona una plataforma de alto rendimiento para robots industriales, robots colaborativos, robots humanoides, automatización médica y equipos industriales avanzados.

Para los ingenieros que desarrollan la próxima generación de articulaciones robóticas, HAG ofrece una vía práctica desde la transmisión armónica de precisión hasta el control de movimiento inteligente integrado.