¿Cómo seleccionar y utilizar módulos de articulación robótica?

Hola, soy Theodore Li, director técnico de HONPINE. En este artículo, utilizaré la serie de módulos de articulación armónica HONPINE HPJM para explicar cómo seleccionar y poner en serviciomódulos de articulación robóticos, incluidos el montaje mecánico, el cableado eléctrico, la configuración de las comunicaciones y la puesta a punto del control.

Un módulo de articulación robótico integra la electrónica de accionamiento, el mecanismo reductor, los encoders y el freno en un conjunto cilíndrico compacto. Sin embargo, recibir el módulo no significa que el robot esté listo para moverse. Una selección incorrecta puede obligarle a rediseñar el cableado y la arquitectura de comunicaciones, mientras que unas conexiones inadecuadas pueden provocar errores de comunicación y alarmas repetidas durante la puesta en servicio.

A menudo, lo que ralentiza la implementación es la falta de un proceso claro que conecte la selección del producto con su funcionamiento satisfactorio. Comprender el flujo de trabajo completo ayuda a los ingenieros a evitar modificaciones innecesarias y a poner sus sistemas en marcha con mayor eficiencia.

1. Cómo seleccionar un módulo de articulación robótico: la serie HPJM como ejemplo

La serie HONPINE HPJM abarca diámetros exteriores de 30 a 170 mm, con configuraciones de encoder simple y doble disponibles en toda la gama. Esto ofrece opciones para articulaciones de distintos tamaños, desde las articulaciones compactas de las manos diestras hasta las articulaciones de cadera más grandes de los humanoides.

Una decisión que conviene tomar con antelación es la interfaz de comunicación. Los módulos HPJM con encoder simple utilizan comunicación CAN, mientras que las versiones con encoder doble admiten CAN y EtherCAT. En las aplicaciones de manos suele utilizarse RS-485, en función del actuador seleccionado y de la arquitectura del sistema.

En HONPINE, recomendamos definir el bus de comunicación y la arquitectura de alimentación antes de completar el diseño mecánico. Estas decisiones afectan al controlador, la disposición del cableado y la estrategia de integración. Dejarlas para después del montaje del prototipo puede dar lugar a modificaciones innecesarias.

2. ¿Por qué son más fáciles de instalar y utilizar los módulos de articulación integrados?

Una de las principales ventajas de los modernos módulos de articulación ligeros es que gran parte del trabajo de integración se realiza en fábrica, lo que simplifica la implementación para el cliente. El módulo de articulación armónica HPJM combina un servodrive, un sistema de encoders, un motor de par sin carcasa, un freno y un reductor armónico en un solo conjunto.

Este diseño integrado simplifica la instalación y el funcionamiento, y reduce las necesidades de mantenimiento rutinario. El amplio orificio pasante también deja espacio para el paso de cables y tubos neumáticos, lo que ayuda a los ingenieros a organizar las conexiones en todo el robot.

El montaje mecánico sigue requiriendo especial atención. Aunque el módulo simplifica la integración, la estructura circundante debe proporcionar la precisión de montaje necesaria. Los componentes mecánicos deben garantizar superficies de montaje y alineación adecuadas. Un diseño integrado no elimina la necesidad de una instalación precisa y segura.

3. Cableado eléctrico: alimentación y comunicación

El cableado eléctrico consta de dos conexiones principales: alimentación y comunicación. Ambas requieren especial atención, ya que una conexión incorrecta puede impedir que el módulo funcione o causar fallos durante la puesta en servicio.

El módulo HPJM utiliza un conector de alimentación rectangular con terminales positivos y negativos designados. Antes de conectar la fuente de alimentación, confirme la polaridad consultando el diagrama del conector del modelo específico. La interfaz CAN utiliza tres conexiones: H para CAN high, L para CAN low y G para tierra.

La interfaz EtherCAT cuenta con puertos IN y OUT independientes, con señales de comunicación Tx+, Tx−, Rx+ y Rx−. Con el código de colores T568B, corresponden a blanco/naranja, naranja, blanco/verde y verde. Al preparar o revisar los cables, siga siempre la asignación de pines especificada para el conector del módulo.

En los módulos con encoder doble, las interfaces EtherCAT y CAN pueden coexistir. Sin embargo, las órdenes de control de ambas interfaces no pueden estar activas simultáneamente. EtherCAT tiene prioridad sobre CAN, por lo que la configuración del controlador debe tener en cuenta cuál será la fuente de órdenes prevista.

4. Configuración de las comunicaciones: CAN y EtherCAT

La comunicación conecta las articulaciones individuales para formar un sistema robótico coordinado. CAN y EtherCAT tienen requisitos de configuración propios; la elección debe tener en cuenta la plataforma del controlador, el número de articulaciones y la frecuencia de actualización requerida.

Para la serie HPJM, la velocidad de comunicación CAN especificada es de 1 Mbps. En una aplicación con siete motores, la frecuencia de actualización de la comunicación es de aproximadamente 300 Hz. Cada módulo debe tener un ID de CAN único. Asignar los ID de forma secuencial facilita la gestión, la resolución de problemas y la ampliación de sistemas con varios módulos.

La serie HPJM admite comunicación EtherCAT a 100 Mbps, con frecuencias de actualización de la comunicación de hasta 4 kHz. EtherCAT está diseñado para mantener ciclos de comunicación cortos con varios dispositivos esclavos. No obstante, la frecuencia de actualización alcanzable debe confirmarse según el maestro concreto, la configuración de red y los requisitos de datos de proceso.

Un sistema EtherCAT consta de un maestro y varios esclavos. El maestro puede ser una plataforma de software como TwinCAT o CODESYS, o un PLC compatible de fabricantes como Inovance y HCFA. Para las pruebas iniciales, un ordenador con TwinCAT o CODESYS ofrece una plataforma práctica para verificar la comunicación y el funcionamiento básico.

Al conectar la red, conecte la salida EtherCAT del maestro al puerto IN del primer esclavo y, a continuación, conecte el puerto OUT de ese esclavo al puerto IN del siguiente. Continúe con esta secuencia para los módulos restantes. Mantener la secuencia correcta de IN a OUT ayuda a conservar la topología de red prevista y la identificación de los esclavos.

5. Control y puesta en servicio: cómo poner en movimiento la articulación

Una vez completados el cableado y la configuración de las comunicaciones, el siguiente paso es lograr que la articulación responda correctamente al controlador. Los modos de funcionamiento disponibles incluyen control de posición, control de velocidad, control de corriente o par y control híbrido de fuerza y posición. Estos modos permiten aplicaciones que abarcan desde el posicionamiento y el seguimiento de trayectorias hasta la interacción flexible con personas, herramientas y el entorno circundante.

Los motores de articulación HPJM siguen el marco IEC 61800-7 y la máquina de estados de accionamiento CiA 402. En la práctica, la puesta en servicio avanza por las etapas de inicialización, estado deshabilitado, preparación, habilitación y funcionamiento. El controlador debe emitir las órdenes adecuadas para cada transición de estado, en lugar de enviar órdenes de movimiento inmediatamente después del encendido. La secuencia exacta de transiciones y los valores de controlword deben ajustarse a la documentación del módulo seleccionado.

Los módulos HPJM también ofrecen códigos de alarma e indicadores de estado verdes y azules para facilitar la resolución de problemas. Entre los problemas habituales se incluyen la imposibilidad de abrir la interfaz CAN, que otro programa ya esté utilizando el dispositivo de comunicación, fallos del chip de accionamiento, sobretensión, subtensión y fallos del encoder. Las instrucciones de resolución de problemas correspondientes explican cómo comprobar y corregir estas condiciones.

Durante la puesta en servicio, lea la palabra de estado y cualquier información de fallo activa antes de emitir órdenes de movimiento. Esto ayuda a identificar el problema real y reduce las pruebas innecesarias.

6. Cómo ayuda HONPINE a sus clientes a evitar errores de selección

HONPINE ofrece varias series de módulos de articulación robóticos para distintos requisitos de aplicación. Nuestrosmódulos de articulación armónicaincluyen las seriesHPJM,TCHL yHAG, mientras que nuestrosmódulos de articulación planetariaincluyen las seriesJRM yHPA. Al inicio del proceso de selección, evaluamos el presupuesto y las condiciones de funcionamiento del cliente para recomendar una configuración adecuada.

La implementación satisfactoria de un módulo de articulación robótico consta de cinco pasos relacionados: seleccionar las especificaciones correctas, instalar el módulo con precisión y seguridad, completar el cableado eléctrico, configurar la red de comunicación y poner en servicio el módulo según su máquina de estados de accionamiento. Cada paso contribuye a un funcionamiento fiable, y las decisiones que se toman al principio del proceso afectan a las etapas posteriores.

HONPINE ofrece asistencia técnica personalizada, de persona a persona, durante la selección, la creación de prototipos, la producción de lotes pequeños y las entregas de grandes volúmenes. Indíquenos los requisitos de carga de sus articulaciones, la plataforma del controlador y el calendario de producción, y le ayudaremos a seleccionar un módulo de articulación robótico adecuado para su aplicación.