Motorreductor armónico vs. actuador armónico: ¿cuáles son las diferencias?

En robótica y automatización industrial,los motorreductores armónicosylos actuadores armónicosson productos de movimiento de precisión muy utilizados. Ambos suelen incorporar tecnología de transmisión armónica y ofrecen ventajas como estructuras compactas, altas relaciones de reducción, bajo juego y transmisión precisa del movimiento. Se utilizan ampliamente en articulaciones robóticas, mecanismos rotativos de precisión y equipos automatizados.

Sin embargo, en el mercado no existe una distinción universalmente estandarizada entre estos dos nombres de producto. Distintos fabricantes pueden utilizarmotorreductor armónicoyactuador armónicopara describir productos con configuraciones similares o incluso parcialmente coincidentes. Algunos motorreductores armónicos integran encoders, frenos, sensores e incluso servodrives, mientras que ciertos actuadores armónicos pueden utilizar configuraciones relativamente básicas de motor y reductor.

Por lo tanto, estos términos no deben considerarse dos categorías de productos completamente independientes.

Entonces, ¿cuáles son las diferencias entre un motorreductor armónico y un actuador armónico? Para comprender mejor las características de cada uno, este artículo los compara desde las perspectivas del diseño del producto, el nivel de integración, las funciones de control, la instalación, la puesta en marcha y los requisitos de aplicación, con el fin de ayudar a los fabricantes de equipos a seleccionar la solución de movimiento adecuada.

1. ¿Qué es un motorreductor armónico?

Un motorreductor armónico es un producto de accionamiento de precisión que utiliza tecnología de transmisión armónica para reducir la velocidad y transmitir el par. Su principio básico de funcionamiento consiste en que un motor proporciona la potencia de entrada, mientras que un reductor armónico disminuye la velocidad de giro y aumenta el par de salida para satisfacer los requisitos de movimiento de la maquinaria de precisión.

Desde la perspectiva del diseño del producto, un motorreductor armónico se centra principalmente en la coordinación entre el motor y el sistema de transmisión armónica. Según el diseño del fabricante, puede ser un conjunto de accionamiento relativamente básico formado por un motor y un reductor, o una unidad altamente integrada equipada con encoders, frenos, sensores y electrónica de accionamiento.

1.1 Componentes principales de un motorreductor armónico

Un motorreductor armónico típico puede incluir varios componentes. El motor, que puede ser un servomotor, un motor de CC sin escobillas o un motor de par sin bastidor, proporciona la potencia de rotación. El reductor armónico utiliza una corona flexible, una corona circular rígida y un generador de ondas para conseguir una alta relación de reducción y una transmisión precisa del movimiento. El eje o la brida de salida transmite el par reducido al equipo accionado, mientras que la carcasa proporciona soporte estructural y protección mecánica.

Según la configuración del producto, también pueden integrarse en el sistema componentes adicionales como encoders, frenos, sensores y servodrives.

1.2 ¿Cómo funciona un motorreductor armónico?

El principio de transmisión fundamental de un motorreductor armónico se basa en la tecnología de transmisión armónica. Cuando el motor hace girar el generador de ondas, la corona flexible experimenta una deformación elástica controlada y engrana con la corona circular rígida. Como la corona flexible y la corona circular rígida tienen distinto número de dientes, su movimiento relativo reduce la velocidad de giro.

Mediante este mecanismo, un motorreductor armónico puede conseguir una alta relación de reducción y aumentar el par de salida con una estructura compacta. Cuando se integran componentes adicionales como encoders, frenos y servodrives, el producto también puede ofrecer funciones más completas de realimentación de posición, control del movimiento y frenado.

1.3 Aplicaciones típicas de los motorreductores armónicos

Los motorreductores armónicos se utilizan habitualmente en aplicaciones que requieren movimiento rotativo preciso y estructuras de transmisión compactas, como robots industriales, robots colaborativos, equipos de ensamblaje automatizado, maquinaria CNC, sistemas de inspección óptica, equipos médicos y sistemas de automatización de semiconductores. En función de su configuración mecánica y sus capacidades de control, pueden adaptarse a distintos requisitos de movimiento en maquinaria industrial y sistemas robóticos.

2. ¿Qué es un actuador armónico?

Un actuador armónico es una unidad integrada de ejecución del movimiento basada en la tecnología de transmisión armónica. En lugar de centrarse únicamente en la transmisión de potencia, está diseñado para realizar tareas de movimiento específicas mediante el funcionamiento coordinado de componentes mecánicos, eléctricos y de realimentación.

Además del motor y el reductor armónico, un actuador armónico puede integrar un rodamiento de salida, un encoder, un freno, un sensor de par y un servodrive, según la aplicación prevista. Su diseño se centra en proporcionar el movimiento de salida, la realimentación de posición, la capacidad de frenado y la integración del sistema necesarios en una unidad compacta.

2.1 Componentes principales de un actuador armónico

Un actuador armónico típico puede incorporar varios componentes funcionales. Un motor de par sin bastidor proporciona la potencia motriz y permite una integración compacta con el reductor armónico. El reductor armónico ofrece altas relaciones de reducción y una transmisión precisa del par, mientras que los encoders supervisan la posición y la velocidad del lado del motor o del lado de salida. Cuando la aplicación lo requiere, un freno puede proporcionar sujeción mecánica o frenado, y un rodamiento de salida soporta la carga y admite las cargas axiales, radiales y de momento especificadas.

En aplicaciones que requieren una realimentación más avanzada, un sensor de par puede medir el par de salida y facilitar estrategias de control de fuerza o movimiento adaptable. Según el diseño del producto, el servodrive puede instalarse externamente o integrarse en el actuador.

No todos los actuadores armónicos incluyen todos estos componentes. La configuración real depende del diseño del fabricante y de los requisitos funcionales de la aplicación.

2.2 ¿Cómo funciona un actuador armónico?

Un actuador armónico utiliza el motor para accionar el reductor armónico, reduciendo la velocidad de giro y aumentando el par de salida. Sin embargo, su diseño presta mayor atención al funcionamiento coordinado de todo el sistema de ejecución.

Por ejemplo, un actuador equipado con encoders dobles puede supervisar de forma independiente las posiciones del lado del motor y del lado de salida. El sistema de control puede utilizar estas señales de realimentación para supervisar el movimiento real de salida y aplicar estrategias de detección y compensación de errores de posición.

Si también se integra un sensor de par, el actuador puede medir los cambios del par de salida y proporcionar realimentación para el control de fuerza, el control de impedancia y el movimiento adaptable. Por lo tanto, el valor de un actuador armónico va más allá de la transmisión de potencia e incluye funciones integradas de ejecución del movimiento y realimentación.

2.3 Aplicaciones típicas de los actuadores armónicos

Los actuadores armónicos son adecuados para equipos que requieren estructuras compactas, posicionamiento preciso y control integrado del movimiento. Entre las aplicaciones típicas se incluyen robots industriales, robots colaborativos, robots humanoides, robots exoesqueléticos, robots médicos, mesas giratorias de precisión, equipos de automatización de semiconductores y sistemas de posicionamiento y ensamblaje de alta precisión.

3. Motorreductor armónico frente a actuador armónico: seis diferencias clave

Dado que los nombres de ambos productos se solapan en el mercado, no es correcto suponer que un motorreductor armónico no puede incluir encoders, frenos o servodrives, ni que todos los actuadores armónicos deban integrar esos componentes. Sin embargo, al comparar sus enfoques de diseño y prioridades funcionales, pueden identificarse varias diferencias clave.

3.1 Enfoque del diseño del producto

Un motorreductor armónico hace hincapié principalmente en la combinación del motor y el sistema de transmisión armónica. Su objetivo principal es proporcionar transmisión de potencia, reducción de velocidad y multiplicación del par mediante tecnología de transmisión armónica.

Un actuador armónico presta mayor atención a la ejecución completa del movimiento. Además de la transmisión de potencia, su diseño puede contemplar la realimentación de posición, el frenado, el soporte de la carga, la detección y el control del movimiento.

La diferencia clave radica en las prioridades de diseño del producto, no en la presencia o ausencia de un componente concreto.

3.2 Nivel de integración del sistema

Los motorreductores armónicos están disponibles con distintos niveles de integración. Algunos productos constan principalmente de un motor y un reductor armónico, lo que permite a los fabricantes de equipos seleccionar componentes adicionales según los requisitos de su sistema. Otros modelos pueden integrar encoders, frenos, sensores y servodrives en una unidad compacta.

Por lo general, los actuadores armónicos hacen mayor hincapié en la integración global del sistema y combinan en un solo conjunto más componentes necesarios para la ejecución del movimiento. Este enfoque puede reducir el número de componentes externos y simplificar la integración mecánica y eléctrica para los fabricantes de equipos.

3.3 Funciones de realimentación y control

La realimentación de posición y el control del movimiento son importantes para los equipos de precisión. Un motorreductor armónico puede configurarse con distintos tipos de encoders y servodrives según la aplicación; sus capacidades de realimentación dependen de la configuración real del producto.

Por lo general, un actuador armónico hace mayor hincapié en disponer de capacidades de realimentación completas. Por ejemplo, los encoders dobles pueden supervisar de forma independiente las posiciones del lado del motor y del lado de salida, mientras que un sensor de par integrado puede medir el par real de salida y proporcionar realimentación para aplicaciones de control de fuerza y movimiento adaptable.

En aplicaciones que requieren un control del movimiento más avanzado y varias señales de realimentación, un actuador equipado con los componentes de detección adecuados puede ser una solución más apropiada.

3.4 Instalación y puesta en marcha

Al construir un sistema de accionamiento en torno a un motorreductor armónico, los fabricantes de equipos pueden tener que seleccionar y configurar componentes externos, completar las conexiones mecánicas, organizar el cableado eléctrico, configurar las interfaces de los encoders y ajustar los parámetros del servo según el diseño del producto.

Un actuador armónico altamente integrado puede reducir parte de estas tareas, ya que varios componentes mecánicos y eléctricos están montados de antemano en la unidad. Esto puede simplificar la instalación y reducir la cantidad de cableado externo y montaje mecánico.

No obstante, un actuador integrado sigue requiriendo una puesta en marcha a nivel de sistema, que incluye la configuración de la comunicación, el ajuste de los parámetros de control, la instalación mecánica y las pruebas de movimiento.

3.5 Flexibilidad en el diseño del sistema

Los motorreductores armónicos pueden ofrecer flexibilidad en la configuración del sistema. Los fabricantes que ya disponen de plataformas de control de servos pueden preferir seleccionar sus propios servodrives, encoders y sensores para adaptarlos a la arquitectura de sus equipos existentes.

Los actuadores armónicos hacen mayor hincapié en un enfoque de diseño integrado. Para los fabricantes de equipos que desean reducir la selección y el trabajo de integración de componentes externos, un actuador altamente integrado puede ofrecer una solución más cómoda.

La elección depende de si el proyecto prioriza la flexibilidad de configuración o una unidad de ejecución del movimiento más integrada.

3.6 Consideraciones sobre costes y mantenimiento

El coste total de estas dos soluciones no debe evaluarse únicamente comparando el precio de compra de cada producto.

Al utilizar un motorreductor armónico, los fabricantes de equipos también pueden tener que contabilizar los servodrives externos, encoders, frenos, conectores, componentes de montaje y la mano de obra necesaria para la integración mecánica y eléctrica.

Un actuador armónico puede tener un precio de compra inicial más elevado debido a su diseño integrado, pero puede reducir el número de componentes externos y simplificar el montaje y la puesta en marcha. La ventaja real en costes depende de la configuración del producto, el volumen del proyecto y la arquitectura del sistema.

En cuanto al mantenimiento, los fabricantes también deben tener en cuenta la facilidad de servicio de los componentes, el diagnóstico de fallos, la disponibilidad de repuestos y el soporte técnico que ofrece el proveedor.

4. ¿Cómo elegir entre un motorreductor armónico y un actuador armónico?

En el desarrollo práctico de equipos, para seleccionar la solución adecuada es necesario evaluar la carga mecánica, los requisitos de movimiento, la arquitectura de control y las limitaciones de instalación, en lugar de basarse únicamente en el nombre del producto.

4.1 Selección según el par de salida y los requisitos de carga

El primer paso consiste en determinar el par de salida nominal requerido, el par de salida máximo y el ciclo de trabajo real. En equipos que funcionan de forma continua durante periodos prolongados, el par nominal y el rendimiento térmico son especialmente importantes. La selección no debe basarse únicamente en el par máximo.

Los fabricantes también deben tener en cuenta las cargas dinámicas durante el arranque, la aceleración, la deceleración y las paradas de emergencia para garantizar que el sistema de accionamiento elegido pueda satisfacer las condiciones reales de funcionamiento.

4.2 Consideración de la precisión de posicionamiento y los requisitos de realimentación

Para aplicaciones que requieren un control básico de posición y velocidad, la configuración del motor, el encoder y el servodrive puede seleccionarse de acuerdo con la arquitectura de control existente.

Para aplicaciones que requieren una realimentación más precisa del lado de salida, supervisión de posición o control adaptable basado en el par, puede ser más adecuado un actuador integrado equipado con encoders dobles o un sensor de par.

Es importante tener en cuenta que la resolución del encoder no equivale a la precisión real de posicionamiento de todo el sistema de transmisión. Los errores del reductor, la rigidez mecánica, las condiciones de carga, las variaciones de temperatura y los algoritmos de control pueden afectar al rendimiento final del posicionamiento.

4.3 Evaluación del espacio de instalación y los requisitos de integración

En robótica y equipos de automatización de precisión, el espacio de instalación suele ser limitado. Por lo tanto, al seleccionar el producto deben tenerse en cuenta el diámetro exterior, la longitud axial, el peso, el orificio pasante y las interfaces de montaje.

Si el equipo requiere una estructura compacta, menos conexiones externas y la integración del motor, el reductor y los componentes de realimentación, un actuador armónico altamente integrado puede ser una opción adecuada.

4.4 Comprobación de los sistemas de control y los protocolos de comunicación

La compatibilidad con la arquitectura de control existente es otro aspecto importante. Los fabricantes deben comprobar si el producto admite las interfaces de comunicación necesarias, como CAN, CANopen, EtherCAT u otros protocolos.

En los sistemas que utilizan servodrives externos, los parámetros del motor y las interfaces del encoder deben ser compatibles con el servodrive seleccionado. En el caso de actuadores integrados, los ingenieros deben confirmar los modos de control disponibles, los protocolos de comunicación, la configuración del servodrive y el acceso a los parámetros antes de finalizar la selección.

5. Soluciones HONPINE de transmisión armónica y actuadores integrados

Para los fabricantes que desarrollan sistemas robóticos y equipos automatizados, seleccionar una solución de transmisión armónica adecuada requiere algo más que comprobar la relación de reducción y el par de salida. También deben evaluarse la compatibilidad del motor, el reductor armónico, los encoders, el freno, los sensores y el sistema de control.

HONPINE está especializada en productos de transmisión de precisión y control del movimiento, y ofrece reductores armónicos, actuadores rotativos armónicos, reductores planetarios y módulos de articulación robótica para diversas aplicaciones industriales.

Para satisfacer distintos requisitos de integración y control del movimiento, HONPINE ofrece varias soluciones de transmisión armónica.

Por ejemplo, elmódulo de articulación armónica HAGde HONPINE integra un motor, un reductor armónico, encoders, un freno y los componentes de accionamiento y detección pertinentes, según su configuración. Está diseñado para satisfacer los requisitos de movimiento de precisión de las articulaciones robóticas.

Losmódulos de articulación armónica de la serie HPJMadoptan un diseño integrado y compacto que combina un motor de par sin bastidor, un reductor armónico, un freno, encoders y los componentes de detección y accionamiento correspondientes. Estos módulos son adecuados para robots humanoides, robots colaborativos y otras aplicaciones de articulaciones robóticas.

Para aplicaciones robóticas que requieren la detección del par de salida y un control del movimiento adaptable, losmódulos de articulación armónica de la serie TCHLde HONPINE ofrecen una solución adicional con un sensor de par integrado.

A través de sus distintas series de productos, HONPINE puede ofrecer soluciones de transmisión de precisión basadas en el par de salida, la relación de reducción, las dimensiones de instalación, la configuración de realimentación y los requisitos de control necesarios.

6. Conclusión

Los motorreductores armónicosylos actuadores armónicosson productos de accionamiento de precisión basados en la tecnología de transmisión armónica. Sus estructuras y funciones pueden solaparse, y distintos fabricantes pueden utilizar convenciones de nomenclatura diferentes para describir configuraciones de producto similares. Por lo tanto, el nivel real de integración no puede determinarse únicamente por el nombre del producto.

Desde la perspectiva del diseño, los motorreductores armónicos hacen mayor hincapié en el motor y el sistema de transmisión armónica, mientras que los actuadores armónicos se centran más en la ejecución integrada del movimiento y la funcionalidad del sistema.

Para los fabricantes de equipos, lo más importante no es simplemente qué nombre de producto elegir, sino si la solución seleccionada satisface los requisitos de la aplicación en cuanto a par, velocidad, precisión de posicionamiento, realimentación, frenado, espacio de instalación y compatibilidad de control.

Al evaluar estos factores, los fabricantes pueden identificar la solución de transmisión armónica más adecuada para sus sistemas robóticos y de automatización industrial.