Das Zusammenspiel von Harmonic Drive und Servomotor beschleunigt die Miniaturisierung von Roboterarmen

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Robotik spielen Servosteuerungssysteme in komplexen Arbeitsumgebungen eine zunehmend wichtige Rolle. Eine koordinierte Steuerungsstrategie, die Servomotoren und Harmonic Driveskombiniert, verbessert die dynamische Leistung und die Regelgenauigkeit des Systems. Die Kombination aus Harmonic Drive + Servomotor ist die Kernlösung zur Realisierung von Miniaturisierung, Leichtbau und hoher Präzision in Industrie- und kollaborativen Robotern.

Wie Servomotoren und Harmonic Drives zusammenarbeiten

Servomotoren bieten Hochgeschwindigkeits-, drehmomentschwache und präzise Antriebseigenschaften und ermöglichen eine genaue Steuerung von Geschwindigkeit und Winkel. Harmonic Drives mit spielfreiem Betrieb und hoher Präzision gewährleisten die wiederholbare Positioniergenauigkeit von Robotergelenken, verstärken das Drehmoment und erhöhen die Ausgangssteifigkeit.

Die Rolle von Harmonic Drives in Robotergelenken

In Gelenk-Servosystemen ist die Motorabtriebswelle über einen Harmonic Drive mit der Last verbunden. Die Übertragungsbeziehung zwischen Drehzahl und Drehmoment an Ein- und Ausgangswelle wird durch die Struktur des Harmonic Drive bestimmt. Unvermeidlich tritt Gelenkreibung auf, was zu Wirkungsgradverlusten und verringerter Nachgiebigkeit führt, aber auch einen vorteilhaften Dämpfungseffekt bietet. In der Praxis werden die Auswirkungen der Reibung durch Schmierung, Kompensation mittels Regelalgorithmen und Kraftsensoren optimiert.

Anwendungen von Harmonic Drives und Servomotoren

Kollaborative Roboter

Der Servomotor treibt den Harmonic Drive direkt an und bildet so ein integriertes Gelenkmodul. Es sind nur geringe Drehzahl und Drehmoment des Servomotors erforderlich, um die Anforderungen des Endeffektors zu erfüllen. Dies eignet sich besonders für Leichtbauroboter mit mehr als sechs Freiheitsgraden. Beispiele sind kollaborative Roboter von UR, AUBO und JAKA.

Beingelenke humanoider Roboter

Die hohe Untersetzung von Harmonic Drives ermöglicht es kleinen Motoren, das für humanoides Gehen erforderliche Drehmoment bereitzustellen, und gewährleistet ausreichend Leistung bei begrenztem Gelenkraum. Beispiele sind UBTECH Walker, Xiaomi CyberOne und Tesla Optimus.

Präzisionspositionierplattformen

Die Kombination aus Servomotoren und Harmonic Drives ermöglicht eine Winkelpositionierung mit ultrahoher Auflösung. In Verbindung mit hochauflösenden Encodern kann eine Genauigkeit im Sub-Bogensekundenbereich erreicht werden. Dies wird häufig in Anlagen eingesetzt, die eine extreme Wiederholgenauigkeit erfordern, wie Halbleiter- und optische Inspektionssysteme.

Luft- und Raumfahrt

Die Kombination aus Servomotor und Harmonic Drive liefert langfristig stabile, drehzahlarme und drehmomentstarke Leistung. Da Raumfahrzeuge gewichtsbeschränkt sind, ist die kompakte Bauweise von Harmonic Drives sehr gut geeignet. Typische Anwendungen sind das Ausfahren von Satellitensolarpanelen und die Betätigung von Radarantennen.

Medizinische Roboter

Die Kombination aus Harmonic Drive und Servomotor ermöglicht einen ruhigen, spielfreien und hochpräzisen Betrieb. Der Servomotor treibt das Harmonic-Getriebe an, um eine drehzahlarme, hochpräzise Steuerung zu erreichen, während der Harmonic Drive bei chirurgischen Manipulationen eine genaue Kraftrückmeldung gewährleistet.

Harmonic-Servo-Gelenkmodule als Markttrend.

Harmonic-Gelenkmoduleintegrieren den Harmonic Drive, den Servomotor, den Encoder und den Treiber in einer kompakten Einheit. Die Harmonic-Gelenkmodule von HONPINE liefern innerhalb begrenzten Bauraums ein höheres Drehmoment und maximieren die Vorteile sowohl des Harmonic Drive als auch des Servomotors.

Roboter werden weltweit in der industriellen Fertigung umfassend eingesetzt, wobei die zentralen Funktionskomponenten ihrer Bewegungssysteme Harmonic-Servo-Gelenksysteme sind. Diese Systeme stellen sicher, dass Robotergelenke die Leistungsanforderungen an hochpräzise Drehmoment- und Drehzahlregelung erfüllen. Aufgrund ihrer Miniaturisierung, hohen Präzision und einfachen Integration werden Harmonic-Servo-Gelenkmodule zum künftigen Mainstream-Trend.