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Kollaborierende Robotik: Sensorik und Antriebstechnik für einen 'Cobot'

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Reaktionsschnelle Sensorik gefordert

Somanet Drive Nodes Bildquelle: © Synapticon

Somanet Drive Nodes lassen sich zum Beispiel direkt mit den Motoren und Getrieben integrieren.

Die Sicherheitsfunktionen für den kollaborativen Betrieb verknüpfen sensorische und motorische Funktionen direkt, ähnlich wie bei menschlichen Reflexen. Da sich mehr Steuerungsintelligenz an den Aktoren statt im Schaltschrank befindet, entfallen Kabel und lange Entscheidungswege, die Reaktionsschnelligkeit nimmt zu. Der dezentrale Ansatz kommt mit einem zweiadrigen Versorgungsbus und einer vieradrigen Ethernet-Leitung aus. Synapticon hat diese Lösung in ein Modulsystem namens ‚Somanet‘ verpackt, angelehnt an das somatosensorische Nervensystem des Menschen. Das bedeutet: Ähnlich den Reflexen im menschlichen Körper lassen sich Sensorinformationen direkt in den Achsen auswerten und somit die schnellen Reaktionen realisieren, wie sie für den kollaborativen Betrieb erforderlich sind.

1_Modulares System Bildquelle: © Synapticon

Das modulare System ermöglicht es, sowohl ­Antriebsregler unterschiedlicher Leistungs­klassen als auch digitale Ein- und Ausgänge anzuschließen und zu kombinieren.

Die dezentral installierbaren Antriebe sind bei gleicher Leistung deutlich kleiner als klassische Servoantriebe, weil sie mit Kleinstspannung arbeiten, also im Bereich unter 60 V. Modernste Halbleitertechnik erlaubt trotzdem hohe Ströme von bis zu 100 A und damit Antriebe mit derzeit bis zu 5 kW – selbst für größere Roboterarme und fahrerlose Transportsysteme (FTS). Die dabei auftretende Wärme-Entwicklung wird neben der hohen Effizienz der Verstärkerschaltung durch einen Modell-prädiktiven Regelungsansatz minimiert mit dem Ziel, die Schaltfrequenzen so gering wie möglich zu halten, während weiterhin sehr schnell geregelt beziehungsweise reagiert werden kann. In der Praxis der leistungsfähigen kollaborativen Robotik sind immerhin Drehmomentregelungen von bis zu 100 kHz und Positionsregelungen von über 5 kHz gefragt. Die verbleibende Abwärme lässt sich trotz der kleinen Größe des Verstärkerteils (zum Beispiel vier Phasen mit 1 kW auf nur 40 mm × 20 mm × 5 mm) über ein ausgefeiltes Platinen-Design effektiv ableiten.