如何选择力控谐波关节执行器？深入对比 HONPINE TCHL 与 HAG

选择力控谐波关节执行器时，不能只比较扭矩和尺寸。扭矩传感器规格、编码器反馈、通信协议、功能安全以及中空轴尺寸都会影响系统集成和控制性能。在本指南中，HONPINE技术总监将比较TCHL和HAG谐波关节执行器系列，说明两者的主要区别，并提供实用的选型框架，适用于人形机器人、协作机械臂、精密装配、抛光以及其他力控应用。

简介：面向不同力控需求的两款谐波关节执行器

大家好，我是HONPINE的技术总监。今天，我将介绍两款可选配内置扭矩传感器的谐波关节执行器系列：TCHL和HAG。

这两个系列采用相似的机械和控制架构：

输出法兰 → 谐波减速器 → 扭矩传感器 → 无框力矩电机 → 制动器 → 共面双编码器 → 集成驱动板

尽管采用相似的架构，TCHL和HAG的设计重点各不相同。TCHL侧重于在保留谐波传动精度优势的同时，尽可能减轻重量并缩小整体尺寸。HAG则注重系统集成、部分型号提供更多安全相关功能，以及发布更完整的扭矩传感器规格。

那么，这两个系列有何区别？工程师应如何选择？

TCHL与HAG：了解各自的核心设计重点

HONPINE TCHL谐波关节执行器：优先考虑轻量化设计

TCHL谐波关节执行器的核心目标是在保留谐波传动高精度特性的同时，尽可能减轻重量并缩小整体尺寸。

因此，对于将关节质量、紧凑尺寸和动态响应作为重要设计考量的应用，TCHL值得纳入选型范围，包括人形机器人和协作机械臂。

TCHL系列的主要规格

最终选型前，应根据具体型号及其技术文档核对可用配置。

HONPINE HAG谐波关节执行器：优先考虑集成度和安全相关选项

HAG谐波关节执行器侧重于更高的系统集成度、更多配置选项，以及更完整的已发布扭矩传感器规格。

该系列涵盖更广泛的机座尺寸，并提供单圈和多圈绝对值编码器反馈。部分机座尺寸可选配内置安全转矩关闭（STO），具体以型号确认为准。

HAG系列的主要规格

已发布的传感器数据有助于工程师评估测量精度，并判断特定配置是否满足控制要求。不过，仅凭传感器非线性度无法确定完整机器人系统的整体力控分辨率或精度。

如何在TCHL和HAG之间选择：六项关键选型标准？

工程师不应首先从价格或额定扭矩着手，而应先明确可能导致某种配置不适用的系统要求。

1. 通信协议：首先确认兼容性

TCHL：EtherCAT / CAN FD

HAG：CANopen / EtherCAT

根据以上所列规格，EtherCAT是两个系列共同支持的选项。

如果控制系统需要CAN FD，在这两个系列中，TCHL是可供考虑的系列，具体取决于所选配置。

如果系统需要CANopen，HAG是可供考虑的系列，具体取决于所选配置。

如果系统使用EtherCAT，则两个系列都可以纳入考虑，其他选型标准便尤为重要。

这是最容易被忽略的集成限制之一。应在初期技术沟通时确认具体接口、协议实现、连接器和支持的通信配置文件，而不是等到报价或机械设计完成后再确认。

2. 单圈与多圈绝对值编码器

TCHL：17位单圈绝对值编码器

HAG：20位单圈 + 12位多圈绝对值编码器

编码器配置会影响位置反馈、启动行为和系统集成。

TCHL提供17位单圈绝对位置反馈，可识别一圈之内的位置，但本身不提供多圈位置信息。根据系统设计，控制器可能需要执行回零程序，或采用其他方法跟踪累计转数。

HAG提供20位单圈和12位多圈反馈。当机器人需要同时跟踪单圈内的角度位置和跨多圈的累计转数时，这一配置可能更具优势。

如果多圈反馈是明确的系统要求，应选择HAG。对于多关节协同系统以及要求启动流程可重复的应用，这一点可能尤其重要。

不过，多圈反馈并不自动保证在任何断电情况下都能保留位置。工程师应向制造商确认编码器的位置保持方式和启动行为。

3. 功能安全：评估STO是否可用

TCHL：所提供的规格中未列出STO。

HAG：部分机座尺寸可选配内置STO。

安全转矩关闭（STO）是一项安全相关功能，在该功能启用时可防止驱动器产生扭矩。对于需要采用明确方式关闭电机扭矩的应用，这项功能具有重要意义。

对于协作机器人、医疗或康复设备以及人机交互机器人系统，STO是否可用可能是驱动架构中的重要考量。

根据所提供的规格，如果需要内置STO，可优先考察HAG系列。不过，STO并非整个HAG系列的标准配置。必须确认具体机座尺寸和配置是否支持该功能。

仅具备STO也不能证明符合ISO 13849、IEC 61508或机器的全部安全要求。系统级风险评估、安全架构、验证以及适用的认证要求都需要单独考虑。

4. 扭矩传感器规格：能否验证所需性能？

TCHL：可选配扭矩传感器；所提供的规格未包含测量范围和精度详情。

HAG：可选配扭矩传感器；已发布测量范围和0.5%非线性度规格。

对于力控应用，配备扭矩传感器只是起点。工程师还需要了解其测量范围、非线性度、分辨率、带宽、过载能力和信号处理特性。

TCHL系列提供可选的扭矩传感器配置，但在作出定量性能承诺之前，应获取具体型号的相关测量范围和精度数据。

HAG提供更完整的已发布扭矩传感器规格，包括测量范围和非线性度。这为工程师评估传感器误差，以及判断测量范围是否符合应用预期扭矩，提供了更实用的起点。

例如，传感器的满量程范围和非线性度有助于估算其对测量误差的影响。但仅凭这些参数，无法确定最小可检测扭矩或完整系统的实际力控分辨率。

如果扭矩反馈对应用至关重要，应在最终选型前对比完整的传感器规格。

5. 机座尺寸与扭矩能力：使关节与负载相匹配

TCHL：机座尺寸最大为32；所提供的对比资料列出的额定扭矩最高为169 N·m。

HAG：机座尺寸最大为40和45；所提供的对比资料列出的额定扭矩最高为557 N·m。

选择合适的关节执行器，不能只看机器人的总负载。关节扭矩要求会受到臂长、连杆质量、加速度、重力、工作循环和外力的影响。

对于优先考虑减轻质量的紧凑轻型关节，值得评估TCHL。

根据所提供的对比资料，HAG提供更大的机座尺寸和更高的扭矩范围。因此，对于重载关节、机器人底座、腰部关节以及扭矩要求严苛的工业应用，HAG可能更为适合。

选型前，应针对具体型号核实额定扭矩、峰值扭矩、允许转速、热限制、工作循环以及允许的径向和轴向负载。不得以峰值扭矩代替连续额定扭矩。

6. 中空轴直径：为电缆布线预留足够空间

中空轴直径会影响电源线、编码器线、扭矩传感器线缆及其他连接线穿过机械臂的布线方式。

数值依据所提供的对比资料，选型时应对照当前型号图纸进行核实。

在17和20机座尺寸下，HAG列出的中空孔径为16.8 mm，而TCHL为12 mm。在32机座尺寸下，两者列出的尺寸分别为28 mm和22 mm。

当多个线缆束需要穿过关节时，这些差异可能会产生影响，尤其是在紧凑型多轴机械臂中。

较大的中空孔径可能简化电缆布线，但工程师还应考虑连接器尺寸、弯曲半径、电缆运动、应力消除以及整个运动范围内所需的间隙。

为您的应用选择合适的力控谐波关节执行器

何时应选择TCHL？

HONPINE TCHL的设计重点是轻量化和紧凑集成，同时保留谐波传动在精度方面的优势。

以下应用值得评估TCHL：

注重减轻关节质量的人形机器人关节。

安装空间受限的协作机械臂。

采用EtherCAT或CAN FD的紧凑型机器人系统。

单圈绝对值反馈即可满足控制要求的应用。

已验证所选扭矩传感器配置满足所需测量性能的力控应用。

TCHL并非所有轻型机器人都自动适用的更佳选择。所选型号仍必须满足应用对扭矩、转速、刚度、热性能和传感器的要求。

何时应选择HAG？

HONPINE HAG面向更加注重系统集成、更丰富的机座尺寸选择以及更完整扭矩传感器规格文档的应用。

以下应用值得评估HAG：

• 扭矩要求较高的机器人关节。

• 需要较大机座尺寸的工业机械臂。

• 需要单圈和多圈绝对值编码器反馈的应用。

• 采用CANopen或EtherCAT的系统。

• 需要在支持的机座尺寸上配备内置STO的设计。

重视已发布扭矩传感器参数以进行工程验证的力控应用。

对于要求严苛的应用，HAG可能更为合适，但最终决定应以具体型号的规格为依据，而不能仅凭系列名称判断。

扭矩传感型谐波关节执行器为何对力控至关重要？

配备集成扭矩传感器的谐波关节执行器可提供关节级扭矩反馈，用于闭环力控。控制器不必完全依赖电机电流指令或预设运动轨迹，而是可以将测得的关节扭矩作为输入，调整机器人的响应。

在精密装配、研磨、抛光以及其他需要控制接触力的工艺中，这种能力十分有用。

在协作机器人、康复设备和远程操作系统中，这种能力也有助于实现柔顺交互；在这些场景中，受控接触和灵敏响应十分重要。

实际力控性能取决于整个系统，包括传感器特性、控制器设计、通信延迟、机械刚度、摩擦、校准和控制回路调试。内置扭矩传感器是重要的实现组件，但单凭它本身无法保证特定水平的力控精度或功能安全。

总结：依据系统要求选型，而不只看产品规格

TCHL和HAG在力控谐波关节执行器类别中分别侧重不同需求。

TCHL强调轻量化和紧凑设计。HAG提供更多编码器功能、更大的机座尺寸和更完整的已发布扭矩传感器规格，并在部分配置中提供STO。

最有效的选型流程应从系统的硬性要求入手：通信协议、编码器反馈、安全架构、扭矩测量性能、负载能力和电缆布线空间。明确这些限制后，工程师便可对比其他参数，找到最合适的执行器。

联系HONPINE，获取技术文档，并讨论适用于您力控机器人应用的TCHL或HAG配置。