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Roboter-Harmonic-Getriebemotor mit hochpräzisen Encodern und STO

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● Einführung

Der HAG Robotic Harmonic Gear Motor ist ein Roboter-Gelenkaktuator, der speziell für Robotikanwendungen entwickelt wurde. Der integrierte Treiber ist an der Basis des Getriebemotors integriert und mit hochpräzisen Encodern ausgestattet—20-Bit-Auflösung auf der Hochgeschwindigkeitsseite und 19-Bit auf der Abtriebsseite—wodurch eine vollständige Regelung im geschlossenen Regelkreis ermöglicht wird. Optionale STO- und Bremsfunktionen sind verfügbar, um einen sichereren Betrieb der Ausrüstung zu gewährleisten.
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Merkmale

●  Optionale STO- und Bremsfunktionen sind verfügbar und bieten erhöhte Betriebssicherheit.

● Das integrierte All-in-One-Design ist im Vergleich zu herkömmlichen Harmonic-Drive-Aktuatoren mit externen Treibern leichter.

●  Ausgestattet mit einem 20-Bit-Encoder, der eine gleichmäßigere Bewegung, höhere Präzision und geringere Abweichungen ermöglicht und eine hochpräzise Regelung im geschlossenen Regelkreis erzielt.

● Verwendet ein hochpräzises Harmonic-Drive-Getriebe und bietet hervorragende Wiederholgenauigkeit sowie Richtungsumkehr ohne Verzögerung.

●  Verfügt über ein Hohlwellen-Design, das die Kabelführung und das Kabelmanagement komfortabler macht.

● Unterstützt duale digitale 24V-Ein- und -Ausgänge sowie eine ±10V-Analogschnittstelle für eine flexible Steuerungsintegration.

● Kompatibel mit mehreren Kommunikationsprotokollen, darunter EtherCAT (CiA402), CANopen (CiA402), CAN-FD und RS485 Modbus.

●  Bietet eine USB-Debugging-Schnittstelle mit Echtzeitzugriff auf Positions-, Drehzahl- und Stromregelkreise und ermöglicht die Einstellung von PID-Parametern sowie die Überwachung des Treiberstatus.

●  Unterstützt mehrere Betriebsarten, darunter Profildrehmoment, Drehzahl, Position, zyklisch synchrone Position/Geschwindigkeit/Strom, analoge Steuerung und Referenzfahrtmodus.

● Ausgestattet mit fortschrittlicher Trägheitserkennung für variable Lastbedingungen, wodurch die Systemanpassungsfähigkeit und Leistung verbessert werden.

●  Integrierte umfassende Schutzfunktionen wie STO, Über-/Unterspannung, Überstrom, Übertemperatur, Nachlauffehler, Synchronisationsfehler und Kommunikationsfehler.

●  Für den zuverlässigen Betrieb in industriellen Umgebungen ausgelegt, mit Vibrationsfestigkeit, hoher Isolationsleistung und Schutzart bis IP40.

Spezifikation

Tabelle 1

HAG-11 Harmonic-Getriebemotor Technische Daten
Untersetzungsverhältnis5181101
DC-Busspannung 48VDCSpitzendrehmomentN.m11.41518
NenndrehmomentN.m4.66.27.3
Maximale Drehzahlrpm885645
Nenndrehzahlrpm593730
NenngeschwindigkeitArms3.352.782.67
NennstromArms1.501.281.20
DrehmomentkonstanteN.mArms3.064.866.06
Motor-PhasenwiderstandOhms(20℃)2.56
Motor-PhaseninduktivitätmH1.8
Gegen-EMK-Konstante des MotorsVms/krpm9.5
AbsolutwertgeberGebertyp
Absolutwert-BISS-C-Protokoll
Geberauflösung (Abtrieb)bitSingle-turn: 2²⁰ (1,048,576); Multi-turn: 2¹² (4,096)
PositioniergenauigkeitArcsec≤75
Die oben genannten Werte sind Standardwerte; eine unidirektionale Positioniergenauigkeit von ≤20 ist anpassbar.
WiederholgenauigkeitArcsec≤10
Kippsteifigkeitx10°N.mrad8
Torsionssteifigkeitx10°N.m/rad0.46                             0.6
Haltebremse bei Stromausfall (Motorseite)N.m≥0.2
RotorträgheitsmomentOhne Bremsekg*m²1.86*10^-5
Mit Bremsekg*m²1.94*10^-5
MasseOhne BremseKg0.51
Mit BremseKg0.55
Motor-PolpaarePol10
DrehmomentsensorNennbereichNm-25-0-25Nm
Ultimative Überlast%F.S.200%
Sicherheitsüberlast%F.S.150%
Temperaturdrift%F.S.±0.2%F.S./10℃
Empfindlichkeits-Temperaturdrift%F.S.±0.1%F.S./10℃
Kraftübertragungsauflösung%F.S.<0.2%
DrehmomentschwankungNm<0.2
Nichtlinearitätsfehler%F.S.±0.2%F.S.
AbtastfrequenzkHz8K


Tabelle 2

H A G -14 Harmonic-Gelenkmotor Datenblatt
Untersetzungsverhältnis5181101
DC-Busspannung 48VDCSpitzendrehmomentN.m232935
NenndrehmomentN.m10.516.521
Maximale Drehzahlrpm986250
Nenndrehzahlrpm593730
NenngeschwindigkeitArms6.395.074.91
NennstromArms2.922.892.95
DrehmomentkonstanteN.mArms3.605.717.13
Motor-PhasenwiderstandOhms(20℃)0.89
Motor-PhaseninduktivitätmH1.67
Gegen-EMK-Konstante des MotorsVms/krpm7
AbsolutwertgeberGebertyp
Absolutwert-BISS-C-Protokoll
Geberauflösung (Abtrieb)bitSingle-turn: 2²⁰ (1,048,576); Multi-turn: 2¹² (4,096)
PositioniergenauigkeitArcsec≤75
Die oben genannten Werte sind Standardwerte; eine unidirektionale Positioniergenauigkeit von ≤20 ist anpassbar.
WiederholgenauigkeitArcsec≤10
Kippsteifigkeitx10°N.mrad8
Torsionssteifigkeitx10°N.m/rad0.46                             0.6
Haltebremse bei Stromausfall (Motorseite)N.m≥0.65
RotorträgheitsmomentOhne Bremsekg*m²3.52*10^-5
Mit Bremsekg*m²3.76*10^-5
MasseOhne BremseKg0.875
Mit BremseKg0.92
Motor-PolpaarePol16
DrehmomentsensorNennbereichNm-35-0-35Nm
Ultimative Überlast%F.S.200%
Sicherheitsüberlast%F.S.150%
Temperaturdrift%F.S.±0.2%F.S./10℃
Empfindlichkeits-Temperaturdrift%F.S.±0.1%F.S./10℃
Kraftübertragungsauflösung%F.S.<0.2%
DrehmomentschwankungNm<0.2
Nichtlinearitätsfehler%F.S.±0.2%F.S.
AbtastfrequenzkHz8K


Tabelle 3

H A G -17 Wellgetriebemotor
Untersetzungsverhältnis5181101
DC-Busspannung 48VDCSpitzendrehmomentN.m232935
NenndrehmomentN.m10.516.521
Maximale Drehzahlrpm986250
Nenndrehzahlrpm593730
NenngeschwindigkeitArms6.395.074.91
NennstromArms2.922.892.95
DrehmomentkonstanteN.mArms3.605.717.13
Motor-PhasenwiderstandOhms(20℃)0.89
Motor-PhaseninduktivitätmH1.67
Gegen-EMK-Konstante des MotorsVms/krpm7
AbsolutwertgeberGebertyp
Absolutwert-BISS-C-Protokoll
Geberauflösung (Abtrieb)bitSingle-turn: 2²⁰ (1,048,576); Multi-turn: 2¹² (4,096)
PositioniergenauigkeitArcsec≤75
Die oben genannten Werte sind Standardwerte; eine unidirektionale Positioniergenauigkeit von ≤20 ist anpassbar.
WiederholgenauigkeitArcsec≤10
Kippsteifigkeitx10°N.mrad8
Torsionssteifigkeitx10°N.m/rad0.46                             0.6
Haltebremse bei Stromausfall (Motorseite)N.m≥0.65
RotorträgheitsmomentOhne Bremsekg*m²3.52*10^-5
Mit Bremsekg*m²3.76*10^-5
MasseOhne BremseKg0.875
Mit BremseKg0.92
Motor-PolpaarePol16
DrehmomentsensorNennbereichNm-35-0-35Nm
Ultimative Überlast%F.S.200%
Sicherheitsüberlast%F.S.150%
Temperaturdrift%F.S.±0.2%F.S./10℃
Empfindlichkeits-Temperaturdrift%F.S.±0.1%F.S./10℃
Kraftübertragungsauflösung%F.S.<0.2%
DrehmomentschwankungNm<0.2
Nichtlinearitätsfehler%F.S.±0.2%F.S.
AbtastfrequenzkHz8K


Tabelle 4

HAG-20 Harmonic-Drive-Aktuator
Untersetzungsverhältnis5181101121
DC-Busspannung 48VDCSpitzendrehmomentN.m5283104111
NenndrehmomentN.m26425363
Maximale Drehzahlrpm98625041
Nenndrehzahlrpm59373025
NenngeschwindigkeitArms17.0117.0917.1815.30
NennstromArms8.508.658.758.68
DrehmomentkonstanteN.mArms3.064.866.057.25
Motor-PhasenwiderstandOhms(20℃)0.18
Motor-PhaseninduktivitätmH0.45
Gegen-EMK-Konstante des MotorsVms/krpm7.7
AbsolutwertgeberGebertyp
Absolutwert-BISS-C-Protokoll
Geberauflösung (Abtrieb)bitSingle-turn: 2²⁰ (1,048,576); Multi-turn: 2¹² (4,096)
PositioniergenauigkeitArcsec≤75
Die oben genannten Werte sind Standardwerte; eine unidirektionale Positioniergenauigkeit von ≤20 ist anpassbar.
WiederholgenauigkeitArcsec≤10
Kippsteifigkeitx10°N.mrad24
Torsionssteifigkeitx10°N.m/rad1.8                              2.3
Haltebremse bei Stromausfall (Motorseite)N.m≥1
RotorträgheitsmomentOhne Bremsekg*m²8.81*10^-5
Mit Bremsekg*m²9.47*10^-5
MasseOhne BremseKg1.43
Mit BremseKg1.51
Motor-PolpaarePol16
DrehmomentsensorNennbereichNm-140-0-140Nm
Ultimative Überlast%F.S.200%
Sicherheitsüberlast%F.S.150%
Temperaturdrift%F.S.±0.2%F.S./10℃
Empfindlichkeits-Temperaturdrift%F.S.±0.1%F.S./10℃
Kraftübertragungsauflösung%F.S.<0.2%
DrehmomentschwankungNm<0.2
Nichtlinearitätsfehler%F.S.±0.2%F.S.
AbtastfrequenzkHz8K


Tabelle 5

H A G -25 Harmonic-Aktuator
Untersetzungsverhältnis5181101121
DC-Busspannung 48VDCSpitzendrehmomentN.m100158195235
NenndrehmomentN.m5485106127
Maximale Drehzahlrpm78494033
Nenndrehzahlrpm59373025
NenngeschwindigkeitArms27.9827.8427.5527.72
NennstromArms14.0513.9313.9313.93
DrehmomentkonstanteN.mArms3.846.107.619.12
Motor-PhasenwiderstandOhms(20℃)0.1
Motor-PhaseninduktivitätmH0.56
Gegen-EMK-Konstante des MotorsVms/krpm8
AbsolutwertgeberGebertyp
Absolutwert-BISS-C-Protokoll
Geberauflösung (Abtrieb)bitSingle-turn: 2²⁰ (1,048,576); Multi-turn: 2¹² (4,096)
PositioniergenauigkeitArcsec≤75
Die oben genannten Werte sind Standardwerte; eine unidirektionale Positioniergenauigkeit von ≤20 ist anpassbar.
WiederholgenauigkeitArcsec≤10
Kippsteifigkeitx10°N.mrad38
Torsionssteifigkeitx10°N.m/rad3.4                             4.6
Haltebremse bei Stromausfall (Motorseite)N.m≥2
RotorträgheitsmomentOhne Bremsekg*m²1.33*10^-4
Mit Bremsekg*m²1.45*10^-4
MasseOhne BremseKg2.43
Mit BremseKg2.54
Motor-PolpaarePol16
DrehmomentsensorNennbereichNm-250-0-250Nm
Ultimative Überlast%F.S.200%
Sicherheitsüberlast%F.S.150%
Temperaturdrift%F.S.±0.2%F.S./10℃
Empfindlichkeits-Temperaturdrift%F.S.±0.1%F.S./10℃
Kraftübertragungsauflösung%F.S.<0.2%
DrehmomentschwankungNm<0.2
Nichtlinearitätsfehler%F.S.±0.2%F.S.
AbtastfrequenzkHz8K


Tabelle 6

HAG 32 Harmonic-Getriebeaktuator
Untersetzungsverhältnis51101161
DC-Busspannung 48VDCSpitzendrehmomentN.m218380430
NenndrehmomentN.m124247300
Maximale Drehzahlrpm552817
Nenndrehzahlrpm432214
NenngeschwindigkeitArms45.8240.3328.63
NennstromArms23.9824.1218.38
DrehmomentkonstanteN.mArms5.1710.2416.33
Motor-PhasenwiderstandOhms(20℃)0.067
Motor-PhaseninduktivitätmH0.46
Gegen-EMK-Konstante des MotorsVms/krpm10
AbsolutwertgeberGebertyp
Absolutwert-BISS-C-Protokoll
Geberauflösung (Abtrieb)bitSingle-turn: 2²⁰ (1,048,576); Multi-turn: 2¹² (4,096)
PositioniergenauigkeitArcsec≤75
Die oben genannten Werte sind Standardwerte; eine unidirektionale Positioniergenauigkeit von ≤20 ist anpassbar.
WiederholgenauigkeitArcsec≤10
Kippsteifigkeitx10°N.mrad95
Torsionssteifigkeitx10°N.m/rad7.6                              9.9
Haltebremse bei Stromausfall (Motorseite)N.m≥4.2
RotorträgheitsmomentOhne Bremsekg*m²8.84*10^-4
Mit Bremsekg*m²9.24*10^-4
MasseOhne BremseKg4.57
Mit BremseKg4.8
Motor-PolpaarePol16
DrehmomentsensorNennbereichNm-500-0-500Nm
Ultimative Überlast%F.S.200%
Sicherheitsüberlast%F.S.150%
Temperaturdrift%F.S.±0.2%F.S./10℃
Empfindlichkeits-Temperaturdrift%F.S.±0.1%F.S./10℃
Kraftübertragungsauflösung%F.S.<0.2%
DrehmomentschwankungNm<0.2
Nichtlinearitätsfehler%F.S.±0.2%F.S.
AbtastfrequenzkHz8K


Tabelle 7

HAG-40 Harmonic-Präzisionsmotor
Untersetzungsverhältnis5181101121161
DC-Busspannung 48VDCSpitzendrehmomentN.m405641702762800
NenndrehmomentN.m216345430515557
Maximale Drehzahlrpm4931252116
Nenndrehzahlrpm3522181511
NenngeschwindigkeitArms59.6259.4152.1847.2837.30
NennstromArms31.8031.9831.9631.9525.97
DrehmomentkonstanteN.mArms6.7910.7913.4516.1221.45
Motor-PhasenwiderstandOhms(20℃)0.05
Motor-PhaseninduktivitätmH0.35
Gegen-EMK-Konstante des MotorsVms/krpm13.5
AbsolutwertgeberGebertyp
Absolutwert-BISS-C-Protokoll
Geberauflösung (Abtrieb)bitSingle-turn: 2²⁰ (1,048,576); Multi-turn: 2¹² (4,096)
PositioniergenauigkeitArcsec≤75
Die oben genannten Werte sind Standardwerte; eine unidirektionale Positioniergenauigkeit von ≤20 ist anpassbar.
WiederholgenauigkeitArcsec≤10
Kippsteifigkeitx10°N.mrad175
Torsionssteifigkeitx10°N.m/rad14                              18.6
Haltebremse bei Stromausfall (Motorseite)N.m≥6
RotorträgheitsmomentOhne Bremsekg*m²1.6*10^-3
Mit Bremsekg*m²1.67*10^-3
MasseOhne BremseKg7.49
Mit BremseKg7.8
Motor-Polpaare Pol16


Frage:

Was ist das Harmonic-Gelenkmodul der HAG-Serie? Für welche Anwendungen wird es eingesetzt?

Antwort:
Die HAG-Serie ist ein von HONPINE entwickeltes, hochintegriertes Harmonic-Drive-Aktuator- / Harmonic-Getriebemotor-Modul. Es integriert ein Harmonic-Drive-Getriebe, einen rahmenlosen Drehmomentmotor, einen Servoantrieb und einen Encoder in einer einzigen kompakten Struktur. Optionale Komponenten umfassen eine Bremse und einen Drehmomentsensor und ermöglichen so eine vollständig integrierte Antriebs- und Steuerungslösung.

Anwendungsszenarien umfassen:
Hals, obere Gliedmaßen, Taille, Hüftgelenk und Kniegelenk von humanoiden Robotern sowie kollaborative Roboterarme, medizinische Roboterarme, Sonderroboter und AGVs.

Modellabdeckung:
Insgesamt 7 Modelle — HAG-11, 14, 17, 20, 25, 32 und 40 — mit Drehmomentbereichen von 4.6 N·m bis 556 N·m.
Frage:

Was ist der Hauptunterschied zwischen der HAG-Serie und herkömmlichen Harmonic-Drive-Aktuatormodulen?

Antwort:
Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal ist die integrierte Architektur zur Drehmomenterfassung.

Alle Modelle der HAG-Serie können mit einem eingebauten Drehmomentsensor ausgestattet werden, der eine geschlossene Kraftregelung ermöglicht. Versionen mit und ohne Drehmomenterfassung haben dieselben mechanischen Abmessungen, sodass Kunden frei wechseln können, ohne eine Neukonstruktion vornehmen zu müssen.

Der Drehmomentsensor ist im Gelenk integriert, wodurch Einschränkungen durch externe Kraftsensoren entfallen und eine kontinuierliche, unbegrenzte 360°-Rotation ohne Kabelinterferenzen unterstützt wird.

Im Gegensatz dazu stützen sich herkömmliche Lösungen auf externe Drehmomentsensoren oder die Schätzung des Motorstroms, die stark von Reibung und thermischer Drift beeinflusst werden, was zu einer schlechten Konsistenz der Kraftregelung führt.
Frage:

Welche Regelungsmodi unterstützt der Harmonic-Aktuator der HAG-Serie?

Antwort:
Die HAG-Serie unterstützt vier Hauptregelungsmodi:

Strommodus
Geschwindigkeitsmodus
Positionsmodus
Drehmomentmodus (geschlossene Kraftregelung basierend auf integriertem Drehmomentsensor)

Sie unterstützt außerdem die zyklisch synchronen Modi CSP / CST / CSV und ist vollständig mit dem CiA 402-Antriebsprofil kompatibel.
Frage:

Welche Kommunikationsprotokolle werden für hag Harmonic-Getriebemotoren unterstützt?

Antwort:
Die HAG-Serie unterstützt:

EtherCAT
CAN
CAN-FD

Sie bietet hohe Kompatibilität, sodass Kunden von anderen Marken wechseln können, ohne ihre Steuerungsarchitektur neu zu gestalten.
Frage:

Welche Genauigkeitsspezifikationen gelten für hag-Harmonic-Antriebe?

Antwort:
Parameter Typischer Wert
Positioniergenauigkeit ≤ 10 Winkelsekunden (je nach Modell)
Wiederholpositioniergenauigkeit ≤ 2 Winkelsekunden (je nach Modell)

Die Leistung variiert je nach Modell und Übersetzungsverhältnis. Zum Beispiel bietet der HAG-17 eine Positioniergenauigkeit von ≤ ±20 Winkelsekunden und eine Wiederholgenauigkeit von ≤ ±5 Winkelsekunden.
Frage:

Welche Integrationsoptionen sind für Harmonic-Drive-Aktuatoren verfügbar?

Antwort:
Die HAG-Serie unterstützt mehrere optionale Integrationen:
Drehmomentsensor: ermöglicht eine geschlossene Kraftregelung
Elektromagnetische Bremse: zum Halten bei ausgeschalteter Stromversorgung
Hochpräzise Dual-Encoder: 20-bit (Motorseite) + 19-bit (Abtriebsseite)
Sicherheitsfunktion STO (Safe Torque Off)
I/O-Schnittstellen: zwei integrierte Klemmen für den Anschluss externer Signale
Frage:

Wie wählt man den richtigen HAG-Modell-Harmonic-Getriebemotor für verschiedene Anwendungen aus?

Antwort:
Die vollständige HAG-Serie deckt verschiedene Drehmomentstufen ab. Die Modellauswahl sollte auf den Lastanforderungen jedes Robotergelenks basieren:
Modell Anwendungsbereich
HAG-11 / 14 / 17 Hals, obere Gliedmaßen, dextere Hand, Handgelenk
HAG-20 / 25 Taille, Schultergelenk
HAG-32 / 40 Hüftgelenk, Kniegelenk (hochdrehmomentige tragende Gelenke)