HONPINE HAG 고조파 액추에이터: 통합 드라이브 및 STO를 통한 고성능 로봇 관절 동작

현대 로봇 관절에는 정밀 기어박스 이상의 것이 필요합니다. 산업용 로봇, 협동 로봇, 휴머노이드 로봇 및 지능형 자동화 시스템이 더욱 소형화되고 역동적으로 변함에 따라, 로봇 관절 액추에이터는 높은 위치 정밀도, 빠른 응답 속도, 소형 통합, 신뢰할 수 있는 피드백 및 기능 안전성을 하나의 모션 시스템에 모두 갖춰야 합니다.

HONPINE HAG 하모닉 액추에이터는 차세대 로봇 모션 제어를 위해 설계되었습니다. 고정밀 하모닉 기어 메커니즘, 프레임리스 토크 모터, 고해상도 엔코더 및 통합 서보 드라이브가 하나의 소형 로봇 관절 액추에이터에 통합되어 있습니다. 옵션으로 제공되는 안전 토크 차단(STO) 및 브레이크 기능은 제어된 토크 차단 및 부하 유지가 필요한 애플리케이션에 추가적인 안전 옵션을 제공합니다.

HAG는 EtherCAT, CANopen, CAN-FD 및 RS485 Modbus를 지원하여 로봇 및 산업 자동화 애플리케이션을 위한 완벽한 모션 제어 플랫폼을 제공합니다.

HONPINE HAG 하모닉 액추에이터란 무엇입니까?

HAG 하모닉 액추에이터 는 정밀 회전 운동에 필요한 주요 구성 요소를 단일 장치에 결합한 통합형 로봇 액추에이터입니다.

HAG는 별도의 하모닉 감속기, 모터, 엔코더 및 외부 서보 드라이브를 사용하는 대신 이러한 구성 요소를 소형 로봇 관절 솔루션에 통합합니다.

통합 아키텍처에는 다음이 포함됩니다.

• 고정밀 고조파 전송

• 프레임리스 토크 모터

• 20비트 고속측 인코더

• 19비트 출력측 인코더

• 통합 서보 드라이브

• 선택적 STO

• 선택 사양 브레이크

• 속이 빈 샤프트

다양한 산업 통신 인터페이스

이러한 통합 설계는 별도의 외부 구동 부품의 필요성을 줄이고 로봇 관절의 기계적 및 전기적 통합을 단순화할 수 있습니다.

로봇 제조업체에게 있어 그 결과는 외부 부품 수가 줄어들고 관절의 위치, 속도 및 전류 제어 기능에 더 직접적으로 접근할 수 있는 더욱 소형화된 모션 제어 아키텍처입니다.

현대 로봇에 통합형 하모닉 액추에이터가 중요한 이유는 무엇일까요?

기존 로봇 관절 구조는 여러 구성 요소를 별도로 설치하고 연결해야 하는 경우가 많습니다. 모터, 감속기, 엔코더 및 서보 드라이브는 로봇의 서로 다른 영역을 차지할 수 있으며 추가 케이블과 커넥터가 필요합니다.

로봇 관절이 점점 작아지고 정교해짐에 따라 이러한 접근 방식은 다음과 같은 문제점을 야기할 수 있습니다.

• 설치 공간

• 케이블 배선

• 열 관리

• 전기적 통합

• 시스템 시운전

• 모션 제어 구성

통합형 하모닉 액추에이터는 주요 동작 구성 요소를 하나의 장치로 결합함으로써 이러한 문제들을 해결합니다.

HAG 아키텍처는 관절 공간이 제한적이고 동적 동작 성능이 중요한 휴머노이드 로봇, 협동 로봇, 산업용 로봇 팔 및 소형 자동화 시스템에 특히 적합합니다.

폐루프 모션 제어를 위한 양면 고해상도 피드백

HAG 하모닉 액추에이터의 주요 특징 중 하나는 고해상도 엔코더 구성입니다.

HAG는 고속 측에 20비트 엔코더를, 출력 측에 19비트 엔코더를 사용합니다. 이러한 양면 피드백 아키텍처는 제어 시스템에 모터 측과 출력 측 동작에 대한 상세한 정보를 제공합니다.

이것이 왜 중요할까요?

로봇 관절은 모터가 어떻게 회전하는지 아는 것뿐만 아니라, 감속 메커니즘을 거친 후의 실제 출력 동작에 대한 정확한 정보도 필요로 합니다.

출력측 피드백은 제어 시스템이 실제 관절 위치를 모니터링하고 제어 시스템 내의 동작 오류를 보정하는 데 도움이 될 수 있습니다.

이는 특히 다음과 같은 요구 사항이 있는 로봇 응용 분야에 매우 유용합니다.

• 정확한 위치 지정

• 반복 동작

• 부드러운 방향 전환

• 동적 궤적 제어

• 부하 변화에도 안정적인 작동

고해상도 피드백과 하모닉 전달의 조합을 통해 HAG는 단순한 모터와 기어박스 조합이 아닌 완전한 폐루프 로봇 동작 시스템으로 작동할 수 있습니다.

로봇 관절용 고정밀 하모닉 트랜스미션

하모닉 전달 메커니즘은 HAG 액추에이터의 핵심 요소입니다.

하모닉 기어 기술은 높은 감속비, 소형 크기, 높은 위치 정밀도 및 낮은 백래시 특성을 제공할 수 있기 때문에 로봇 관절에 널리 사용됩니다.

로봇 응용 분야에서 이러한 특성은 중요합니다. 왜냐하면 기어박스가 모터 회전과 관절 움직임 사이의 관계에 직접적인 영향을 미치기 때문입니다.

HAG는 하모닉 트랜스미션과 프레임리스 토크 모터 및 통합 제어 전자 장치를 결합하여 로봇 동작에 최적화된 소형 회전 액추에이터를 구현합니다.

이러한 아키텍처는 로봇 설계자가 모든 관절 옆에 기존의 외부 서보 드라이브를 설치하지 않고도 높은 수준의 동작 성능을 구현하는 데 도움이 될 수 있습니다.

통합 드라이브 아키텍처는 시스템 복잡성을 줄여줍니다.

서보 드라이브는 HAG 액추에이터의 베이스에 통합되어 있습니다.

이는 외부 구동기를 사용하는 기존의 하모닉 액추에이터 아키텍처와 HAG 간의 중요한 차이점입니다.

구동 장치가 액추에이터에 통합됨으로써 로봇 설계자는 별도로 설치해야 하는 부품 수를 줄이고 관절 주변의 전기 연결을 단순화할 수 있습니다.

다음과 같은 이점이 있을 수 있습니다.

더욱 간결한 시스템 아키텍처:

이 드라이브는 별도의 장착 위치가 필요하지 않습니다.

간소화된 배선:

외부 연결 수가 적으면 케이블 복잡성을 줄이는 데 도움이 됩니다.

더욱 쉬운 시스템 통합:

모터, 하모닉 트랜스미션, 엔코더 및 드라이브는 하나의 모션 제어 장치로 설계되었습니다.

설치 공간 감소:

이 통합 구조는 소형 로봇 관절에 적합합니다.

휴머노이드 로봇이나 공간 제약이 있는 로봇 플랫폼의 경우, 이러한 특성은 특히 유용할 수 있습니다.

더욱 안전한 로봇 동작 제어를 위한 STO

로봇이 사람과 더욱 가까이에서 작동하고 의료, 실험실, 협업 및 지능형 제조 환경에 배치됨에 따라 안전은 점점 더 중요해지고 있습니다.

HAG 하모닉 액추에이터는 STO(안전 토크 차단) 기능을 장착할 수 있습니다.

STO는 모터의 토크 발생 기능을 비활성화하여 토크 생성을 방지하는 안전 기능입니다. 중요한 점은 STO가 일반적인 소프트웨어 명령만으로 모터를 정지시키는 방식이 아니라는 것입니다.

안전 관련 시스템의 경우, 정상적인 토크 발생을 복원하기 전에 STO 입력이 요구되는 안전 상태를 유지해야 합니다. 이 기능은 일반적인 소프트웨어 디버깅으로는 간단히 우회할 수 없도록 설계되었습니다.

이는 의도치 않은 모터 토크를 방지하는 것이 중요한 애플리케이션에 하드웨어 중심의 추가적인 안전 계층을 제공합니다.

HAG 액추에이터에서 STO는 어떻게 작동합니까?

STO 기능이 작동되면 액추에이터의 모터 토크 출력이 즉시 비활성화됩니다.

하지만 수직 또는 중력 하중을 받는 연결부가 있는 응용 분야의 경우, 모터 토크를 정지시키는 것만으로는 기계적 하중의 움직임을 방지하기에 충분하지 않을 수 있습니다.

이러한 이유로 HAG에는 브레이크를 장착할 수도 있습니다.

STO(상태 전환)가 발생하면 브레이크를 사용하여 연결부를 고정하고 중력에 의한 하중 낙하 위험을 줄일 수 있습니다. 시스템이 적절한 안전 상태를 확인한 후, 애플리케이션 안전 아키텍처에서 허용하는 경우 제어 시스템 및 통신 인터페이스를 통해 브레이크를 해제할 수 있습니다.

이 조합은 두 가지 서로 다른 기능을 제공합니다.

• STO: 모터가 구동 토크를 생성하는 것을 방지합니다.

• 브레이크: 필요할 때 기계적으로 하중을 고정하는 데 도움을 줍니다.

이러한 기능은 해당 안전 기준 및 제조업체의 위험 평가에 따라 전체 기계 안전 아키텍처에 통합되어야 합니다.

의료 및 고위험 환경에서 STO(단축 정지) 및 제동 기능이 중요한 이유는 무엇일까요?

의료 장비, 실험실 자동화, 협업 기계 및 기타 인간 상호 작용 시스템에 사용되는 로봇 액추에이터는 의도치 않은 움직임을 제어하기 위한 추가적인 조치가 필요할 수 있습니다.

수직 하중을 지탱하는 로봇 관절을 생각해 보십시오. 적절한 고정 장치 없이 모터 토크가 제거되면 중력으로 인해 하중이 움직일 수 있습니다.

브레이크는 기계적 고정을 제공할 수 있는 반면, STO는 모터 토크 생성을 비활성화할 수 있습니다.

이러한 이유로 STO + 브레이크 + 고해상도 피드백의 조합은 안전 지향적인 모션 아키텍처의 일부로서 특히 유용합니다.

하지만 액추에이터에 STO가 있다고 해서 로봇이나 의료기기 전체가 자동으로 안전 인증을 받는 것은 아닙니다.

최종 안전 성능은 안전 제어기, 배선, 기계식 브레이크, 위험 평가, 소프트웨어 아키텍처 및 적용 가능한 표준을 포함한 전체 시스템에 따라 달라집니다.

EtherCAT, CANopen, CAN-FD 및 Modbus를 통한 유연한 통합

로봇 관절 액추에이터는 로봇 컨트롤러와 안정적으로 통신해야 합니다.

HAG는 다음과 같은 다양한 산업용 통신 인터페이스를 지원합니다.

• CiA 402를 사용하는 EtherCAT

• CANopen with CiA 402

• CAN-FD

• RS485 모드버스

이를 통해 HAG는 다양한 로봇 및 자동화 아키텍처에 통합될 수 있습니다.

동기화된 동작과 실시간 제어가 필요한 다축 로봇 시스템의 경우, EtherCAT은 적합한 통신 플랫폼을 제공합니다.

CANopen과 CAN-FD는 다양한 분산형 모션 제어 아키텍처에서 사용될 수 있으며, RS485 Modbus는 산업 장비 통합을 위한 또 다른 옵션을 제공합니다.

HAG는 듀얼 24V 디지털 입력 및 출력과 ±10V 아날로그 인터페이스를 지원하여 기계 수준 제어에 추가적인 유연성을 제공합니다.

다양한 로봇 제어 전략을 위한 여러 동작 모드

고성능 로봇 관절은 기본적인 위치 제어 이상의 기능을 지원해야 합니다.

HAG는 다음과 같은 다양한 작동 모드를 지원합니다.

• 프로필 위치 모드

• 프로필 속도 모드

• 프로파일 토크 모드

• 주기적 동기 위치

• 주기적 동기 속도

• 주기적 동기 전류

• 아날로그 제어

• 호밍 모드

이러한 제어 모드를 통해 액추에이터를 다양한 로봇 구조 및 동작 제어 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다.

예를 들어, 순환 동기 모드는 고급 네트워크 기반 모션 제어 시스템에 사용될 수 있으며, 프로파일 모드는 특정 자동화 애플리케이션에 대한 모션 명령을 간소화할 수 있습니다.

이러한 유연성 덕분에 HAG는 로봇 관절 개발과 산업용 모션 제어 장비 모두에 적합합니다.

USB 시운전 및 실시간 파라미터 모니터링

고성능 로봇 관절을 개발하는 것은 단순히 하드웨어에만 국한된 것이 아닙니다. 효율적인 시운전과 파라미터 튜닝 또한 똑같이 중요합니다.

HAG는 엔지니어가 중요한 제어 정보에 접근하고 드라이브 상태를 모니터링할 수 있도록 USB 디버깅 인터페이스를 제공합니다.

엔지니어는 시운전 중에 위치, 속도 및 전류 제어 루프를 조작하고 PID 매개변수를 조정할 수 있습니다.

이는 다양한 로봇 메커니즘, 탑재체 및 동작 프로파일에 맞춰 액추에이터 성능을 최적화할 때 개발 시간을 단축하는 데 도움이 될 수 있습니다.

가변 부하에 대한 고급 관성 식별

로봇 관절은 종종 변화하는 하중 조건 하에서 작동합니다.

로봇 팔은 다양한 도구나 작업물을 운반할 수 있으며, 휴머노이드 로봇은 자세 변화에 따라 관절에 지속적으로 변화하는 하중을 받을 수 있습니다.

HAG는 가변 부하 조건에 대한 적응성을 향상시키기 위해 고급 관성 식별 기능을 포함합니다.

기계적 부하의 변화를 파악함으로써 제어 시스템은 동작 제어 매개변수를 실제 작동 조건에 더욱 잘 맞출 수 있습니다.

이 기능은 탑재물과 관절 역학이 빈번하게 변하는 로봇 응용 분야에서 특히 유용할 수 있습니다.

산업 운영을 위한 종합적인 보호

HAG는 산업 환경에서 안정적인 작동을 지원하기 위해 다양한 보호 기능을 통합하고 있습니다.

보호 기능은 다음과 같습니다.

• 과전압 보호

• 저전압 보호

• 과전류 보호

• 과열 방지

• 추적 오류 방지

• 동기화 오류 보호

• 통신 오류 보호

• 스토

이 액추에이터는 진동 저항성, 높은 절연 성능, 구성에 따라 최대 IP40의 보호 등급을 갖추고 있어 산업 현장의 작동 조건에 맞게 설계되었습니다.

이러한 기능은 액추에이터와 전체 모션 시스템을 일반적인 전기적, 열적, 통신적 및 제어 이상으로부터 보호하는 데 도움이 됩니다.

케이블 배선을 간소화하는 중공축 설계

HAG는 내부 케이블 배선에 추가적인 유연성을 제공하는 중공축 구조를 특징으로 합니다.

케이블 및 기타 구성 요소는 연결부 외부에 완전히 배치하는 대신 액추에이터의 속이 빈 부분을 통해 배선할 수 있습니다.

로봇 팔과 휴머노이드 로봇의 경우, 내부 케이블 배선은 외부 케이블 노출을 줄이고 더욱 깔끔한 기계적 통합을 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다.

속이 빈 구조는 공간이 제한적이고 케이블 관리가 기계 설계에서 중요한 부분인 접합부에 특히 유용할 수 있습니다.

HAG 하모닉 액추에이터는 어디에 사용할 수 있습니까?

고조파 전송, 고해상도 피드백, 통합 구동 전자 장치, 통신 인터페이스 및 선택적 안전 기능의 조합으로 HAG는 다양한 정밀 모션 애플리케이션에 적합합니다.

산업용 로봇

HAG는 정확하고 반복 가능한 회전 운동이 필요한 로봇 팔의 로봇 관절 액추에이터로 사용될 수 있습니다.

협동 로봇

통합 아키텍처는 관절 주변의 외부 부품을 줄이고 소형 협동 로봇 설계를 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다.

휴머노이드 로봇

휴머노이드 로봇은 역동적이고 조화로운 움직임이 가능한 소형, 경량, 고성능 관절 시스템을 필요로 합니다.

통합 HAG 아키텍처는 모터, 하모닉 트랜스미션, 엔코더 및 드라이브 기능을 소형 조인트 패키지 내에 결합하는 데 도움이 될 수 있습니다.

의료 및 실험실 자동화

의료 및 실험실 자동화 장비의 경우, 선택 사양인 STO(스틸트 토크 차단) 및 브레이크 기능은 제어된 토크 차단 및 부하 유지가 필요한 경우 추가적인 안전 관련 설계 옵션을 제공할 수 있습니다.

최종 안전 구현은 항상 전체 장비 수준에서 검증되어야 합니다.

산업 자동화

EtherCAT, CANopen, CAN-FD 및 Modbus를 지원하는 HAG는 고급 산업 자동화 및 다축 모션 제어 시스템에 통합될 수 있습니다.

HAG 하모닉 액추에이터와 기존 외부 구동 방식 비교

HAG와 기존 하모닉 액추에이터 시스템의 주요 차이점은 통합 수준입니다.

기존 아키텍처에는 다음과 같은 요구 사항이 있을 수 있습니다.

모터 + 하모닉 기어박스 + 엔코더 + 외부 서보 드라이브 + 추가 배선

HAG는 주요 모션 제어 구성 요소를 다음과 같이 통합합니다.

하모닉 트랜스미션 + 프레임리스 토크 모터 + 양면 엔코더 + 통합 드라이브

선택 사양인 STO 및 브레이크 기능은 안전 지향적인 애플리케이션을 위해 액추에이터의 기능을 더욱 확장할 수 있습니다.

이러한 통합적 접근 방식은 시스템 복잡성을 줄이고 로봇 제조업체에게 고성능 로봇 관절 설계를 위한 더욱 간결한 기반을 제공할 수 있습니다.

HONPINE HAG: 단순한 하모닉 기어 모터 그 이상

기존의 하모닉 기어 모터는 주로 모터 속도를 제어된 회전 토크로 변환하는 데 중점을 둡니다.

HAG 하모닉 액추에이터는 기계식 변속기, 모터, 피드백 시스템, 구동 전자 장치, 통신 인터페이스 및 선택적 안전 기능을 하나의 로봇 액추에이터에 통합하여 한 단계 더 나아갔습니다.

이러한 특징 때문에 HAG는 독립형 하모닉 기어박스보다는 완전한 로봇 관절 액추에이터를 찾는 엔지니어에게 특히 적합합니다.

다음과 같은 요소들의 조합:

• 20비트 고속 측 피드백

• 19비트 출력측 피드백

• 통합 서보 드라이브

• 고정밀 고조파 전송

• STO 및 선택적 브레이크

• 속이 빈 샤프트

• 이더캣 / CANopen / CAN-FD / 모드버스

• 고급 관성 식별

• 다중 보호 기능

소형화, 정밀성, 반응성 및 안전성을 고려한 로봇 동작 시스템 개발을 위한 기반을 제공합니다.

하모닉 액추에이터 관련 자주 묻는 질문

하모닉 액추에이터란 무엇인가요?

하모닉 액추에이터는 일반적으로 모터, 하모닉 저감 메커니즘, 엔코더 및 구동 전자 장치를 결합하여 제어된 고정밀 회전 운동을 제공하는 통합 회전 운동 장치입니다.

하모닉 리듀서와 하모닉 액추에이터의 차이점은 무엇입니까?

하모닉 감속기는 주로 속도를 줄이고 토크를 증가시키는 기계식 변속 부품입니다. 하모닉 액추에이터는 감속기와 모터, 엔코더, 구동 전자 장치 등의 다른 구성 요소를 결합하여 완전한 모션 제어 장치를 구성합니다.

로봇 관절에 출력 엔코더가 필요한 이유는 무엇입니까?

출력 엔코더는 관절의 실제 출력측 위치에 대한 피드백을 제공합니다. 이를 통해 폐루프 제어를 개선하고 컨트롤러가 모터측 피드백에만 의존하는 대신 실제 기계적 출력을 모니터링할 수 있습니다.

로봇 액추에이터에서 STO란 무엇입니까?

STO는 Safe Torque Off의 약자입니다. 이는 모터의 토크 발생을 방지하기 위해 구동 장치의 토크 생성 기능을 비활성화하는 안전 기능입니다. STO는 전체 기계 안전 아키텍처의 일부로 구현되어야 합니다.

STO는 수직 로봇 관절이 떨어지는 것을 방지합니까?

STO(스위치 토크 제거) 기능은 모터 토크를 차단하지만, 그 자체로 중력에 의해 하중을 받는 축을 기계적으로 고정하지는 않습니다. 토크 제거 후에도 하중을 고정해야 하는 경우에는 적절한 기계식 브레이크가 필요할 수 있습니다.

HAG는 휴머노이드 로봇에 적합한가요?

네. HAG는 소형 통합 구조, 고조파 전달, 고해상도 피드백, 중공축 및 통합 구동 장치 덕분에 휴머노이드 로봇을 포함한 소형 로봇 관절 개발에 적합합니다.

HAG는 어떤 통신 프로토콜을 지원합니까?

HAG는 CiA 402를 사용하는 EtherCAT, CiA 402를 사용하는 CANopen, CAN-FD 및 RS485 Modbus를 지원하여 다양한 로봇 및 산업 자동화 제어 아키텍처에 유연성을 제공합니다.

결론

차세대 로봇 관절은 모터, 기어박스, 엔코더 및 외부 구동 장치의 전통적인 조합을 뛰어넘고 있습니다.

현대 로봇 시스템은 단일 액추에이터 내에서 높은 정밀도, 소형 통합, 고해상도 피드백, 지능형 제어, 유연한 통신 및 기능 안전성을 점점 더 요구하고 있습니다.

HONPINE HAG 하모닉 액추에이터는 이러한 기능들을 하나의 통합 로봇 모션 솔루션으로 제공합니다.

양면 고해상도 엔코더, 정밀 하모닉 트랜스미션, 통합 구동 전자 장치, 선택 사양인 STO 및 브레이크 기능, 중공축 구조, 다양한 산업용 통신 프로토콜, 그리고 고급 모션 제어 기능을 갖춘 HAG는 산업용 로봇, 협동 로봇, 휴머노이드 로봇, 의료 자동화 및 첨단 산업 장비를 위한 고성능 플랫폼을 제공합니다.

차세대 로봇 관절을 개발하는 엔지니어에게 HAG는 정밀한 하모닉 전송에서 통합 지능형 모션 제어에 이르는 실용적인 경로를 제공합니다.