中空シャフト6 mmの超小型ハーモニックジョイントモジュール

HONPINEのHPJMハーモニックジョイントモジュールをご紹介します。これは、設置スペース、ケーブル配線、モーション制御の精度が重要となる用途向けに設計された超小型一体型ロボットジョイントアクチュエータです。コンパクトで高い一体化を実現しながら、モジュール内部にはケーブル配線用の6 mm貫通穴を備えています。ヒューマノイドロボット、ドローン、光学プラットフォーム、精密自動化システムなど、コンパクトで高性能な回転ジョイントが求められる用途に適しています。

本記事では、HONPINEのテクニカルディレクターであるTheodore Liが、HPJMハーモニックジョイントモジュールの主な仕様、構造設計、エンジニアリング上の特長について解説します。

HONPINE HPJMハーモニックジョイントモジュール：主な仕様

エンジニアリング図面上でHPJM-RE30-40-PRO-XXX-2E-ECと識別されるHONPINE HPJMハーモニックジョイントモジュールは、コンパクトな中空軸設計、デュアルエンコーダフィードバック、高度に一体化されたメカトロニクスアーキテクチャ（MEA）を組み合わせています。

主な構造上の特長は、ケーブル配線用の6 mm貫通穴、モーターとドライブシステムの一体化、精密なモーション制御を支えるデュアルエンコーダ構成です。

HONPINE HPJMハーモニックジョイントモジュールが選ばれる理由

1. 高度に一体化されたメカトロニクス設計

HPJMは、ハーモニック減速機、フレームレストルクモーター、16-bitエンコーダ、FOC（磁界方向制御）ドライブを、Ø57 × 60.5 mmのコンパクトなハウジングに一体化しています。

モーター、減速機、エンコーダ、ドライブを個別に選定して組み合わせる代わりに、システム開発の簡素化を目的とした高度に一体化されたジョイントモジュールを使用できます。これにより、部品の適合確認作業を減らし、統合にかかる時間を短縮して、ロボット開発を加速できる可能性があります。

ロボットメーカーにとって、この一体型アーキテクチャは、機械設計と電気設計の合理化に役立つとともに、ジョイント単位の組み立てや試運転の複雑さを軽減します。

2. 内部ケーブル配線用の6 mm貫通穴

HPJMの主な特長の一つは、Ø6 mmの中空軸です。ジョイント中央の貫通穴を通してケーブルを配線でき、用途の設計上可能な場合は、空圧ラインも通すことができます。

内部配線により、外部ケーブルとの干渉を軽減できます。また、配線方法と許容回転範囲によっては、ジョイント回転時のケーブルのねじれや引っ掛かりを抑えられます。

この特長は、限られたジョイント内部に複数のケーブルを通す必要があるヒューマノイドロボットや小型ロボットシステムで特に有用です。同程度の寸法の中空でない設計と比べ、貫通穴のある構成は内部ケーブル配線の自由度を高めます。

3. デイジーチェーン接続用のデュアルEtherCATインターフェース

エンジニアリング図面には、X1002WVS-04Lコネクタを使用する2つのEtherCATコネクタ、EtherCAT_InputとEtherCAT_Outputが記載されています。

この入出力構成はデイジーチェーン接続に対応しており、各ジョイントに個別のポイントツーポイント通信用ケーブルを用意する代わりに、複数のジョイントモジュールを順番に接続できます。

20を超えるジョイントを備えるヒューマノイドロボットでは、デイジーチェーン構成によって配線の複雑さを軽減し、システム配線を簡素化できる場合があります。

PROバージョンには独立したファームウェアダウンロードインターフェースも備わっており、メインの通信接続だけに依存せず、各モジュールのファームウェアを更新できます。

実際のネットワークトポロジー、対応ノード数、ファームウェア更新手順については、選定したモデルおよびコントローラー構成に基づいて確認してください。

4. 背面配置の電気インターフェース

電源コネクタ、通信インターフェース、ファームウェアダウンロードポートは、モジュールの背面に集約されています。図面には、電源コネクタとしてA1257WV-S-2Pが記載されています。

背面配置により、出力フランジと側面にコネクタや外部ケーブルの出口が突出しません。機械的な組み込みを簡素化し、周辺構造との干渉を減らすとともに、筐体設計を容易にできます。

大きな角度での動作が必要なロボットジョイントや、コンパクトなアーム筐体内への設置では、この配置によってコネクタの配置やケーブル管理の自由度が高まります。

最終設計では、コネクタのクリアランス、ケーブルの曲げ半径、熱管理、想定される回転範囲も考慮する必要があります。

5. 柔軟な取り付けを可能にする対称フランジ

HPJMは両端に対称な取り付けインターフェースを備えており、さまざまなロボットジョイント位置への機械的な組み込みを簡素化します。

提供された図面情報によると、取り付け構成にはØ38 mmおよびØ37.5 mmのボルトサークルパターン、8つのM2.5ねじ穴、3つのM2貫通穴が含まれています。

この対称構造により、各ジョイントの機械的要件に応じて、同じジョイントモジュールを異なる取り付け方向に対応させ、肩、肘、手首、股関節の各用途に使用できる可能性があります。

ロボットメーカーにとって、共通の取り付けインターフェースは、機械的なバリエーション数の削減、スペアパーツ管理の簡素化、ロボットプラットフォーム全体のモジュール化に役立ちます。

6. 低バックラッシと高い耐衝撃トルク性能

HPJMは、低バックラッシ特性で知られるハーモニック伝達技術を採用しています。提供された仕様によると、出力位置決め精度は約0.67 arcmin、耐衝撃トルクは定格トルクの約1.8倍です。

これらの特性は、頻繁な方向転換、加減速、過渡的な機械負荷を伴うロボット用途で有用となる場合があります。

ただし、バックラッシ、位置決め精度、繰り返し精度、ロストモーションは、それぞれ異なる性能指標です。実際の出力性能は、選定モデル、負荷条件、制御構成、測定方法によって異なります。同様に、許容衝撃トルクはメーカーの定格条件に従って解釈する必要があり、連続運転トルクとして扱うべきではありません。

ヒューマノイドロボットや精密自動化装置などの用途では、技術者はこれらのパラメーターを定格トルク、ピークトルク、ねじり剛性、速度、熱性能とあわせて評価する必要があります。

HONPINE HPJMハーモニックジョイントモジュールの用途

ヒューマノイドロボット

ヒューマノイドロボットでは、限られた四肢内のスペースに収まり、精密なモーション制御と一体型のケーブル配線に対応するコンパクトなジョイントモジュールが必要です。HPJMは、コンパクトなハウジング、中空軸、一体型ドライブアーキテクチャを備えており、各ジョイントのトルク要件と動的要件に応じて、肩、肘、手首、股関節の設計候補となります。

ドローンおよび小型ロボットシステム

小型ロボットプラットフォームや一部のドローン関連機構では、設置スペースと部品の一体化が重要な設計要素です。重量、トルク、速度、電力の要件が用途に適合する場合、一体型ハーモニックジョイントモジュールは回転機構の組み立てを簡素化できます。

光学プラットフォームおよび精密自動化

光学位置決めシステムや精密自動化装置では、制御された動作と再現性のある位置決めを実現するコンパクトな回転ドライブが必要となる場合があります。HPJMは、要求される角度精度、振動特性、モーションプロファイル、環境条件に基づいて、これらの用途への適合性を評価できます。

HONPINE HPJMハーモニックジョイントモジュールは、コンパクトな中空軸構造、モーターとドライブ部品の一体化、デュアルエンコーダアーキテクチャ、EtherCAT接続を、一つの回転ジョイントソリューションに集約しています。

6 mmの貫通穴は内部ケーブル配線に対応し、背面配置のコネクタと対称な取り付けインターフェースは機械的な組み込みに柔軟性をもたらします。これらの特長により、HPJMはヒューマノイドロボット、小型ロボットシステム、光学プラットフォーム、精密自動化用途で検討する価値のある製品です。

コンパクトなロボットジョイントを開発中の方、または一体型ハーモニックジョイントアクチュエータをお探しの方は、詳細な仕様、エンジニアリング図面、モデル選定サポートについてHONPINEまでお問い合わせください。