Por qué los módulos de juntas rotativas armónicas tipo T son ideales para los brazos robóticos colaborativos

Los brazos robóticos colaborativos son cada vez más compactos, mientras que sus requisitos de movimiento continúan aumentando. Una sola articulación puede necesitar proporcionar posicionamiento preciso, par suficiente, movimiento suave, retroalimentación, frenado y un tendido fiable de cables dentro de un espacio muy limitado.

Es posible desarrollar estas funciones utilizando componentes separados, pero esto puede hacer que la estructura de la articulación sea más compleja. El motor, el reductor, el encoder, el freno, el controlador y el acoplamiento deben instalarse, alinearse y conectarse.

Un módulo de articulación rotativa armónica tipo T adopta un enfoque diferente. En lugar de tratar los componentes de transmisión, motor y control como piezas independientes, se integran en una sola articulación rotativa compacta. Esta arquitectura resulta especialmente útil para brazos robóticos colaborativos en los que el espacio mecánico y la disposición de las articulaciones son aspectos importantes del diseño.

¿Qué es un módulo de articulación rotativa armónica tipo T?

Un módulo de articulación rotativa armónica tipo T es una articulación rotativa integrada diseñada para sistemas de movimiento robótico. Combina un motor de par, un reductor armónico, sensores de precisión, un freno y un controlador dentro de un solo módulo, según la configuración.

El nombre «tipo T» proviene de su disposición mecánica. La brida de salida se encuentra perpendicular al eje del motor, creando una disposición en forma de T en lugar de una estructura convencional en línea.

Esta configuración ofrece a los diseñadores de robots otra opción para disponer las articulaciones entre los eslabones del brazo. Puede ser especialmente útil para brazos robóticos colaborativos compactos, manipuladores multieje y otros mecanismos en los que la orientación del motor y del eje de salida debe gestionarse cuidadosamente.

Por qué el diseño de las articulaciones es importante en los robots colaborativos

Un robot colaborativo no es simplemente un robot industrial más pequeño. Sus articulaciones deben equilibrar varios requisitos al mismo tiempo.

El robot necesita suficiente par para transportar su carga útil, pero un tamaño y peso excesivos de las articulaciones pueden aumentar la carga sobre los ejes situados aguas arriba. La transmisión debe proporcionar un movimiento preciso y repetible, mientras que el sistema de control necesita una retroalimentación fiable de posición y par.

También existe la cuestión práctica del espacio.

A medida que los brazos robóticos se vuelven más ligeros y compactos, hay menos espacio para reductores, acoplamientos, frenos, encoders y conjuntos de cables independientes. Por ello, el diseño mecánico de la articulación se convierte en una parte importante de la arquitectura general del robot.

Aquí es donde puede resultar útil un módulo de articulación armónica integrado.

La ventaja de una arquitectura de articulación en forma de T

La principal diferencia entre una articulación tipo T y una articulación convencional en línea es la relación entre el eje del motor y el eje de salida.

En una configuración en línea, el motor y la salida están dispuestos sobre el mismo eje. Una configuración tipo T coloca la brida de salida perpendicular al eje del motor.

Mayor flexibilidad de integración

La disposición perpendicular puede ofrecer a los ingenieros mayor libertad para posicionar una articulación dentro de un brazo robótico.

Esto puede ser útil alrededor de las estructuras del codo y la muñeca, donde varios ejes deben caber dentro de una envolvente mecánica relativamente pequeña.

En lugar de obligar al motor y al reductor a seguir un único eje recto, la arquitectura en forma de T permite disponer la articulación de acuerdo con la geometría del robot.

Integración compacta entre los segmentos del brazo

Normalmente, los eslabones de un brazo robótico están conectados mediante varias articulaciones rotativas. Si cada articulación requiere acoplamientos, soportes y componentes de transmisión adicionales, la estructura mecánica puede saturarse rápidamente.

Un módulo de articulación rotativa armónica tipo T proporciona los principales componentes de movimiento en un solo conjunto, reduciendo el número de interfaces mecánicas independientes que deben diseñarse alrededor de la articulación.

Tendido interno de cables más limpio

La gestión de cables adquiere cada vez más importancia a medida que aumenta el número de ejes del robot.

Los cables de alimentación, el cableado de los encoders, las líneas de comunicación y otras conexiones deben moverse repetidamente durante el funcionamiento del robot. Un diseño con eje hueco puede proporcionar una ruta interna para los cables, reduciendo los bucles de cables externos y ayudando a mantener organizado el conjunto de la articulación.

¿Por qué se utilizan reductores armónicos en las articulaciones robóticas?

El reductor armónico es el elemento de transmisión central de este tipo de articulación.

Un accionamiento armónico utiliza un generador de ondas, un engranaje flexible y un engranaje circular para lograr una alta relación de reducción dentro de un mecanismo compacto. Esto lo hace adecuado para aplicaciones en las que el motor debe producir una salida controlada de alto par sin utilizar una caja de engranajes convencional de gran tamaño.

Alta relación de reducción en un formato compacto

El motor puede funcionar a una velocidad relativamente alta, mientras que la articulación robótica requiere una velocidad de salida mucho menor.

El reductor armónico convierte esta velocidad de entrada en un par de salida superior, manteniendo al mismo tiempo un formato compacto. Para los fabricantes de robots, esto ayuda a crear articulaciones capaces de proporcionar el par requerido sin hacer que el brazo sea innecesariamente grande.

Bajo juego para un movimiento preciso

El juego en una transmisión puede afectar al posicionamiento, especialmente cuando cambia la dirección del movimiento.

La transmisión armónica es conocida por sus características de bajo juego. Cuando se combina con un encoder adecuado y un sistema de control de lazo cerrado, puede proporcionar el movimiento preciso y repetible requerido por las aplicaciones robóticas.

Alta densidad de par

El peso es un aspecto importante en un robot multieje.

Si una articulación se vuelve más pesada, los motores y las articulaciones situados más atrás en el brazo pueden necesitar compensar la carga adicional. Por lo tanto, una transmisión armónica compacta con alta densidad de par puede ayudar a mantener un equilibrio razonable entre el par de la articulación, el peso y el tamaño general del robot.

Los componentes integrados simplifican el desarrollo de las articulaciones robóticas

Una articulación robótica convencional puede montarse a partir de varios componentes individuales:

Motor + Caja de engranajes + Encoder + Freno + Controlador + Acoplamiento + Cableado

Cada componente debe seleccionarse e integrarse en el diseño mecánico. También deben tenerse en cuenta la alineación, el montaje, el cableado y la comunicación.

Un módulo de articulación integrado cambia este proceso de desarrollo.

En lugar de diseñar toda la articulación alrededor de componentes individuales, los ingenieros pueden comenzar con un módulo de articulación definido y diseñar la estructura robótica circundante alrededor de sus interfaces.

Menor trabajo de integración mecánica

El motor, el reductor armónico y los componentes de retroalimentación ya están dispuestos como una unidad funcional.

Esto reduce el número de interfaces mecánicas que deben diseñarse y puede facilitar la gestión de la arquitectura general del robot.

Montaje y sustitución más rápidos

Un diseño modular también puede simplificar el montaje.

Para los fabricantes de robots que producen varios modelos o prototipos, un módulo de articulación estandarizado puede reutilizarse en diferentes configuraciones de brazo. Si se requiere mantenimiento, sustituir un módulo de articulación completo también puede ser más sencillo que desmontar varios componentes de transmisión individuales.

Menor complejidad del cableado

La integración del controlador y de los componentes de retroalimentación en la articulación puede reducir la cantidad de cableado externo necesario, según la configuración del módulo.

En los brazos robóticos compactos, esto puede marcar una diferencia significativa tanto en el montaje como en la gestión de cables.

Movimiento preciso y retroalimentación en las articulaciones de robots colaborativos

La transmisión mecánica es solo una parte del rendimiento de la articulación. El sistema de retroalimentación determina cómo sabe el controlador dónde se encuentra la articulación y cómo responde a las órdenes de movimiento.

Un módulo de articulación rotativa armónica puede combinar el reductor con sensores de precisión y componentes electrónicos de control del motor. De este modo, el controlador puede utilizar la retroalimentación para regular el motor y mantener la posición ordenada de la articulación.

Esta arquitectura puede admitir aplicaciones que requieren:

• Posicionamiento preciso

• Movimiento repetible

• Aceleración y desaceleración suaves

• Respuesta rápida

• Retroalimentación de posición

• Retroalimentación de par

• Control híbrido de fuerza y posición

En los robots colaborativos, las dos últimas funciones son especialmente importantes en aplicaciones que implican contacto con objetos o con el entorno circundante.

¿Dónde se pueden utilizar los módulos de articulación rotativa armónica tipo T?

La arquitectura en forma de T es adecuada para más de un tipo de sistema robótico.

Brazos robóticos colaborativos

Los robots colaborativos son una aplicación natural, ya que sus articulaciones deben mantenerse compactas y proporcionar al mismo tiempo un movimiento controlado y repetible.

Entre las aplicaciones típicas se incluyen:

• Montaje

• Recogida y colocación

• Atención de máquinas

• Inspección

• Embalaje

• Manipulación ligera de materiales

Robots médicos y de rehabilitación

Los equipos médicos y de rehabilitación suelen requerir mecanismos rotativos compactos con movimiento controlado.

Una articulación armónica integrada puede reducir el número de componentes mecánicos externos y, al mismo tiempo, proporcionar el par y el rendimiento de posicionamiento requeridos por el robot.

Equipos de automatización de precisión

El mismo tipo de arquitectura de articulación también puede considerarse para equipos de automatización de precisión que requieren movimiento rotativo compacto.

Entre los ejemplos se incluyen equipos de inspección automatizada, mecanismos de posicionamiento y otros sistemas de control de movimiento.

Sistemas robóticos multieje

Cuando es necesario disponer varios ejes rotativos en un espacio limitado, la disposición física de cada articulación adquiere importancia.

Un módulo de articulación rotativa armónica tipo T puede proporcionar otra opción mecánica para disponer estos ejes, manteniendo integrados los componentes de transmisión y control.

Módulo de articulación armónica tipo T frente a una articulación robótica convencional

La principal diferencia reside en el nivel de integración y en la disposición mecánica.

Una articulación convencional puede utilizar componentes independientes conectados mediante ejes, acoplamientos y estructuras de montaje. Un módulo tipo T integrado reúne los principales elementos de control del movimiento en un solo conjunto.

La mejor solución sigue dependiendo del par, la velocidad, el tamaño, la carga útil, la arquitectura de control y los requisitos de seguridad del robot. La ventaja de un módulo integrado es que muchas de estas tareas de ingeniería pueden abordarse dentro de un único conjunto de articulación.

Qué tener en cuenta al seleccionar un módulo de articulación armónica tipo T

La selección de un módulo de articulación debe comenzar con los requisitos reales de movimiento del robot, en lugar de basarse únicamente en el par máximo del motor.

Par de salida

Considere tanto el par continuo como el par máximo, junto con la carga útil, la longitud del brazo, la aceleración, la carga gravitacional y el ciclo de trabajo.

Tamaño y peso de la articulación

El peso de la articulación adquiere especial importancia en los ejes exteriores de un brazo robótico. Una articulación compacta puede ayudar a reducir la carga impuesta sobre las articulaciones situadas aguas arriba.

Retroalimentación de posición y par

La configuración del encoder y los sensores debe corresponderse con el rendimiento de posicionamiento y control requerido. Las aplicaciones que implican control de fuerza también pueden requerir retroalimentación de par.

Configuración del freno

Si el robot necesita mantener su posición cuando se desconecta la alimentación, la configuración del freno debe tenerse en cuenta durante el proceso de selección de la articulación.

Nivel de protección y entorno de funcionamiento

El polvo, la humedad y la temperatura pueden afectar a la configuración adecuada de la articulación. Por lo tanto, el nivel de protección requerido debe seleccionarse de acuerdo con el entorno de funcionamiento real.

Tendido de cables

En los robots colaborativos multieje, el tendido interno de cables puede simplificar el diseño mecánico y reducir las interferencias durante los movimientos repetidos. En este sentido, una estructura con eje hueco puede resultar especialmente útil.

Módulo de articulación rotativa armónica tipo T de HONPINE

Para los fabricantes de robots colaborativos que buscan una solución de articulación rotativa integrada, el módulo de articulación rotativa armónica tipo T de HONPINE combina un reductor armónico, un motor de par, sensores de precisión, un freno y un controlador en un conjunto de articulación compacto.

La estructura en forma de T coloca la brida de salida perpendicular al eje del motor, proporcionando a los ingenieros mayor flexibilidad al disponer articulaciones robóticas compactas. El módulo está diseñado para aplicaciones que requieren movimiento preciso, alta salida de par y funciones de control integradas.

Su arquitectura integrada puede ayudar a simplificar el desarrollo de las articulaciones robóticas, reducir el número de componentes independientes y mejorar la gestión de cables.

Para consultar las especificaciones detalladas y la información de configuración, visite la página del producto Módulo de articulación rotativa armónica tipo T de HONPINE.

Conclusión

La articulación es uno de los elementos mecánicos más importantes de un brazo robótico colaborativo. Debe proporcionar par y precisión, encajar en un espacio limitado y funcionar de forma fiable durante ciclos de movimiento repetidos.

Un módulo de articulación rotativa armónica tipo T aborda este desafío combinando el motor, el reductor armónico, la detección, el frenado y las funciones de control en una unidad compacta. Su disposición perpendicular de entrada y salida también puede ofrecer mayor flexibilidad al diseñar la geometría de un brazo robótico multieje.

Para robots colaborativos, robots médicos y equipos de automatización de precisión, esta combinación de formato compacto, transmisión armónica y control integrado puede simplificar el desarrollo del sistema robótico completo.