Feste (ortsfeste) Robotersysteme werden allgemein als mehrachsige Roboter bezeichnet, die für die Ausführung hochpräziser und leistungsstarker Bewegungen innerhalb eines bestimmten Arbeitsbereichs ausgelegt sind. Diese Systeme sind das Rückgrat moderner Fertigungs- und Automatisierungsgeräte. Bei diesen Geräten sind Wiederholgenauigkeit, Geschwindigkeit und Nutzlastkapazität Schlüsselfaktoren.
Zu den gängigen Robotern gehören kollaborative Roboter (Cobots), Gelenkroboterarme, selektive adaptive Gelenkroboterarme (SCARA) und dreieckige (parallele) Mechanismen sowie Computer-Numerische-Steuerung (CNC) und Portaldrehmaschinen. Je nach Anwendungsanforderungen können diese Roboter an Schienen, Wänden, Decken, Böden installiert oder direkt in Produktionsmaschinen integriert werden und ermöglichen so den flexiblen Einsatz von Montage-, Materialhandhabungs-, Verpackungs-, Inspektions- und Verarbeitungsprozessen.
Durch die Kombination fortschrittlicher Antriebselektronik, Präzisionssensoren und Echtzeit-Steuerungsarchitektur bieten diese festen Roboterplattformen die Zuverlässigkeit, Vielfalt, Vielseitigkeit und Präzision, die für intelligente vernetzte Fertigungsumgebungen erforderlich sind. Um jedoch die Vorteile und Leistung dieser Systeme zu maximieren, müssen Designer die neuesten Fortschritte in den Bereichen Bewegungserkennung, Positions- und Bereichserkennung, Bewegungssteuerung und Konnektivitätstechnologien verstehen und anwenden.
In diesem Artikel werden die Designanforderungen fortschrittlicher Roboter kurz vorgestellt. Stellen Sie dann Beispiellösungen und zugehörige Evaluierungs-Toolkits für Analog Devices vor. Designer können diese Kits verwenden, um diese Systeme zu implementieren.
Designanforderungen für fortschrittliche Roboter
Im Vergleich zu mobilen Robotern weisen fortschrittliche stationäre Roboter (Abbildung 1) zwei Unterschiede auf: Sie arbeiten in einer relativ stationären und bekannten Gesamtumgebung und sind nicht durch die Batterieleistung eingeschränkt. Doch selbst unter sich ständig ändernden Arbeitsbedingungen müssen stationäre Roboter über Hochgeschwindigkeitsbetriebsfähigkeiten verfügen und Präzision, Wiederholbarkeit und Genauigkeit aufrechterhalten. Beispielsweise müssen diese Roboter möglicherweise Pakete aufnehmen, deren Größe, Form, Gewicht, Richtung und Position sich ständig ändern, und sie präzise auf einem laufenden Förderband platzieren. Zu diesem Zweck müssen diese Roboter in der Lage sein, die aktuelle Situation autonom einzuschätzen und dynamische Anpassungen vorzunehmen, während sie gleichzeitig die Arbeitsumgebung und die Umgebungsbedingungen kontinuierlich wahrnehmen.
Bekannte feste Roboter
Abbildung 1: Die bekannten und weit verbreiteten stationären Industrieroboter verfügen mittlerweile über höchste Präzision, hohe Flexibilität und leistungsstarke Anpassungsfähigkeiten. (Bildquelle: Analog Devices Inc.)
Um diese Anforderungen zu erfüllen, ist es notwendig, die folgenden Technologien sorgfältig zu integrieren: Endeffektor-Bewegungssteuerung, Time of Flight (ToF)-Bildgebungstechnologie für die Umgebungswahrnehmung, Inertial Measurement Unit (IMU) für die Bewegungserkennung und Gigabit Multimedia Serial Link (GMSL), um eine zuverlässige Hochgeschwindigkeitskommunikation sicherzustellen.
1: Bewegungssteuerung des Endeffektor-Roboterarms: Die Funktion eines Roboterarms ist wie eine Hand oder ein Greifer, der je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Roboterarm muss die entsprechende Kraft aufwenden, um eine zuverlässige Klemmkraft aufrechtzuerhalten, ohne die Nutzlast zu beschädigen. Dies erfordert, dass der Motortreiber den Motor präzise einstellen kann, um einen präzisen, gleichmäßigen und stabilen Betrieb zu gewährleisten. Aufgrund von Gewichts- und Platzbeschränkungen sollte der Antrieb zudem leicht und kompakt aufgebaut sein.
Der einachsige Servoantrieb TMCM-1617 (Abbildung 2) ist eine der richtigen Lösungen für diesen Controller. Dieser dreiphasige bürstenlose DC-Motortreiber (BLDC) wiegt 24 g und misst 36,8 mm x 26,8 mm x 11,1 mm. Er liefert bis zu 18 A RMS Strom bei einer Versorgungsspannung von 8 V bis 24 V.