Cómo seleccionar módulos de articulación robótica para brazos, torso, cabeza y piernas en AGV y robots humanoides
Las plataformas AGV robóticas, las patas elevadoras, las patas plegables, el torso, la cabeza y los brazos dobles tienen diferentes requisitos funcionales. Por lo tanto, se deben seleccionar en consecuencia distintos tipos demódulos de articulación con reductor armónico y módulos de articulación planetarios.
Este artículo explica cómo elegir los módulos de articulación más adecuados para cada subsistema del robot.
¿Qué requisitos funcionales tienen los diferentes subsistemas del robot?
1) Brazos dobles (hombro, codo, muñeca)
Requisitos clave:
Bajo juego, baja fricción (para control de fuerza y enseñanza), alta densidad de par, diseño ligero, capacidad de guiado de cables (eje hueco o salida lateral) y bajo ruido.
Riesgos críticos:
Un par nominal insuficiente puede causar sobrecalentamiento
El juego y la fricción provocan inestabilidad en el control de fuerza
Una baja repetibilidad y una rigidez insuficiente pueden causar vibración del efector final o deriva de posicionamiento
2) Torso (guiñada / cabeceo / balanceo de la cintura, rotación del pecho)
Requisitos clave:
Alta capacidad de carga axial y radial, rigidez estructural, estabilidad térmica y fuerte resistencia al impacto.
Riesgos críticos:
La articulación de la cintura soporta la carga y el momento combinados de la parte superior del cuerpo y los brazos dobles, lo que requiere una resistencia estructural extremadamente alta y sistemas robustos de rodamientos de salida.
3) Cabeza (cardán / unidad de rotación de sensores)
Requisitos clave:
Miniaturización, bajo ruido, baja vibración y movimiento suave a baja velocidad para un control preciso.
Riesgos críticos:
El par de dentado del motor y el ruido del codificador pueden causar microvibraciones
La interferencia electromagnética o del cableado puede afectar a sensores de precisión como cámaras e IMU
4) Miembros inferiores
A. Patas elevadoras (extensión, soporte, ajuste de postura)
Implementaciones típicas:
Actuadores eléctricos como sistemas de husillo de bolas, sistemas de elevación accionados por correa, mecanismos de cremallera y piñón o estructuras de elevación de tijera. Los módulos de articulación rotativos se utilizan principalmente para accionamiento auxiliar o ajuste de postura.
Requisitos clave:
Autobloqueo/frenado fiable, resistencia al impacto, larga vida útil, alta eficiencia de transmisión, protección IP, alto par a baja velocidad y estabilidad térmica a largo plazo.
B. Patas plegables (articulaciones de cadera, rodilla, tobillo)
Requisitos clave:
Alto par máximo, excelente resistencia al impacto, alta rigidez estructural, bajo juego, mecanismos fiables de frenado/sujeción y protección contra sobrecarga.
Requisitos del módulo:
Estas articulaciones están cerca de las articulaciones principales de carga y requieren una gran atención a la resistencia estructural, el diseño del sistema de rodamientos y la robustez de la interfaz de salida.
2,¿Cómo seleccionar módulos de articulación para diferentes subsistemas del robot?
Brazos dobles (hombro / codo / muñeca)
Articulaciones del brazo (hombro & codo)
Las articulaciones del brazo requieren alta densidad de par, control preciso del movimiento y una capacidad fiable de control de fuerza. También necesitan una construcción ligera y soporte para la interacción humano–robot mediante sensado integrado.
La alta densidad de par permite un control preciso del movimiento
El sensor de par integrado permite el control de fuerza y la interacción humano–robot
El diseño ligero y compacto es esencial para la optimización del brazo robótico
Solución recomendada:
Se recomienda elmotor con reductor armónico TCHLpara las articulaciones de hombro y codo.
Torso (articulación de la cintura)
El torso (articulación de la cintura) requiere alta rigidez estructural, alta salida de par y gran capacidad de carga, ya que soporta toda la parte superior del cuerpo y los brazos dobles. El guiado de cables y la integración del sistema también son fundamentales.
La gran estructura hueca permite el guiado interno de cables y la integración
La alta salida de par garantiza un soporte estable de la parte superior del cuerpo
La alta rigidez estructural mejora la estabilidad general del sistema
Solución recomendada:
El motor de articulación armónica HPJM es la opción preferida para el torso (cintura) del robot.
Módulo de cabeza
La articulación de la cabeza requiere miniaturización, baja vibración y control suave del movimiento, especialmente para la visión y la estabilidad de los sensores.
El funcionamiento de bajo ruido garantiza la estabilidad de los sensores
La vibración mínima mejora la precisión de imagen y percepción
El movimiento suave a baja velocidad permite un posicionamiento preciso
Solución recomendada:
Módulo de articulación armónica TCHL compacto
Patas elevadoras
Las patas elevadoras requieren alta capacidad de carga, movimiento vertical fiable, larga vida útil y fuerte resistencia al impacto para ajuste de postura y soporte.
Alta fiabilidad de carga en funcionamiento continuo
Fuerte resistencia al impacto para movimiento dinámico
Alta eficiencia y larga vida útil
Los sistemas de accionamiento pueden incluir soluciones lineales o rotativas según el diseño.
Soluciones recomendadas:
Cilindros eléctricos
Actuadores lineales de husillo de bolas
Motor de articulación armónica HPJM
Próximo motor de articulación planetaria HPJM
Patas plegables (articulaciones de cadera & rodilla)
Las articulaciones de cadera y rodilla requieren un par máximo extremadamente alto, alta rigidez estructural y fuerte resistencia al impacto, ya que son las articulaciones principales de carga en la locomoción.
Alto par máximo para movimiento dinámico
Alta rigidez estructural para soporte de carga
Capacidad fiable de frenado o sujeción
Fuerte resistencia al impacto para condiciones de caminar y correr
Solución recomendada:
El motor de articulación armónica HPJM es la opción preferida para articulaciones de patas de alta carga.
Resumen de los principios de selección de articulaciones robóticas
La selección del módulo de articulación robótica debe basarse en los siguientes factores clave de ingeniería:Requisitos de par,Requisitos de precisión,Resistencia al impacto,Estrategia de control (control de fuerza vs control de posición),Restricciones de espacio estructural,Optimización de costes
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Sin embargo, el método de instalación de los sensores de par determina directamente el rendimiento, la fiabilidad y el costo de la articulación. Hoy en día, dos enfoques técnicos principales dominan el mercado: sensores de par integrados (embebidos) y externos (adicionales).
Esta distinción va más allá de simplemente "integrado" versus "adjunto". La diferencia fundamental radica en si la estructura de detección de par es una parte intrínseca de la cadena de transmisión mecánica y está integrada dentro de la propia articulación.
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