Projetar plataformas robóticas modulares é um exercício de equilíbrio. Um único atuador precisa ter um bom desempenho em várias configurações, incluindo braços robóticos, pernas e bases móveis. Entretanto, cada configuração tem requisitos diferentes de torque, velocidade e ambiente, que frequentemente podem causar comprometimentos que limitam o desempenho do sistema de articulações.
A HEBI Robotics tem a missão de tornar os robôs mais acessíveis ao simplificar o projeto e a montagem por meio de componentes padronizados. Sua abordagem modular vem sendo empregada há mais de uma década em uma grande variedade de aplicações desafiadoras —envolvendo robôs serpentinos, robôs hexápodes ambulantes, braços robóticos e bases móveis para inspeção de tubulações, ensaios não destrutivos (END), manutenção e muito mais.
Com a expansão da HEBI para novos ambientes industriais, o projeto de um novo cliente ofereceu uma boa oportunidade de expandir sua linha de atuadores para atender melhor às necessidades em áreas de trabalho desafiadoras ou perigosas sem prejudicar o desempenho.
Desafio
O projeto do cliente da HEBI exigia um sistema robótico com capacidade de percorrer espaços complexos e confinados e posicionar sondas de inspeção e outras ferramentas pesadas com alto grau de precisão e repetibilidade. O ambiente apresentava grandes variações e era mais próximo a condições industriais reais, como as do setor de petróleo e gás, infraestrutura ou outros ambientes adversos.
Em vez da consolidada série da HEBI de atuadores elásticos de alta relação que usam redutores com engrenagens de dentes retos, o projeto exigiu atuadores com alta densidade de torque e maior precisão de movimento em vários graus de liberdade — mas sem aumentar o tamanho nem sacrificar a flexibilidade da arquitetura.
Para isso, foi necessário repensar a integração entre o motor em si e o atuador.
“O tamanho compacto e o alto torque do TBM2G possibilitam o desenvolvimento de articulações robóticas de última geração mais suaves, rápidas e precisas. Gostamos muito desse motor.”
— Dave Rollinson, Diretor de Tecnologia da HEBI Robotics
Solução
Para conseguir a mudança necessária no desempenho, a HEBI buscou integrar o motor diretamente ao design do atuador compacto. Essa abordagem levou à escolha dos motores sem carcaça TBM™2G da Kollmorgen como base para o novo atuador H-Series®.
A arquitetura de motor sem carcaça possibilitou que a HEBI otimizasse a densidade de torque, o desempenho térmico e a modularidade no nível da articulação. Ao integrar o estator e o rotor diretamente ao atuador com alta densidade de torque, o H-Series proporciona movimento mais suave e movimentação dinâmica mais rápida e com maior precisão — sem aumentar o tamanho geral do atuador.
As equipes da Kollmorgen e da HEBI trabalharam em conjunto na escolha e integração do motor, buscando otimizar a sua configuração para a aplicação. Essa colaboração ajudou a otimizar o desempenho e garantir que o design compacto do atuador atingisse as metas de desempenho da linha H-Series e do projeto do cliente.
Resultados
O atuador H-Series proporcionou a precisão e os ganhos de desempenho necessários para o projeto de inspeção em espaço confinado. O sistema conseguiu posicionar com precisão o ferramental pesado ao operar com restrições mecânicas severas, excedendo as especificações e expectativas de movimento em condições reais de operação.
Ao combinar o motor sem carcaça TBM2G com um redutor por onda de deformação, o H-Series proporcionou movimento sem folga e torque até 10 vezes maior que o da linha de atuadores existente. Esse aumento na densidade de torque possibilitou que a HEBI expandisse as funcionalidades de todo o sistema de articulações sem aumentar o tamanho do atuador. O design compacto e vedado do atuador — com classificação IP65 — permite a operação em ambientes adversos e desafiadores.
Além de oferecer desempenho bruto, o Atuador H-Series simplifica a fabricação e a montagem. A transição de um design de atuador mais complexo para uma abordagem simplificada, com base em um motor sem carcaça, facilita a manufaturabilidade e cria condições mais claras para escalonar a produção. Além disso, a alta relação entre torque e tamanho do motor abriu espaço para a eletrônica integrada dentro do atuador, possibilitando articulações mais inteligentes sem aumento de tamanho.
A responsividade da Kollmorgen e a colaboração entre engenheiros foram muito importantes durante todo o processo de seleção, design e integração. O suporte técnico com acompanhamento direto e a fabricação nos EUA ajudaram a HEBI a passar do desenvolvimento à implantação com eficiência.
No conjunto, os resultados consolidam o Atuador H-Series como uma expansão significativa na revolucionária plataforma robótica modular da HEBI, tendo o motor sem carcaça da Kollmorgen como componente fundamental. Essa combinação contribui para a próxima fase da atuação da HEBI no desenvolvimento de soluções que impactam o trabalho no mundo todo.
