Aufrufe
vor 1 Jahr

DER KONSTRUKTEUR 6/2015

DER KONSTRUKTEUR 6/2015

ANTRIEBSTECHNIK I XXX

ANTRIEBSTECHNIK I XXX Freiheitsgrade schaffen und nutzen Synchron-Servomotoren als effiziente Direktantriebe in Leichtbaurobotern Ian Young UR 5 und UR 10, so heißen die beiden Modelle, mit denen Universal Robots die Flexibilität von Knickarmrobotern in den industriellen Fertigungen etablieren will. Im Fokus sind Arbeitsbereiche, bei denen traditionelle Roboter bisher zu groß, zu teuer und zu laut waren. Aufgrund ihres geringen Eigengewichts sind sie überall dort einsetzbar, wo sie gerade gebraucht werden. Großen Anteil an der Leistungsdichte der Sechs-Achsen-Roboter haben speziell angepasste Motoren. Ian Young, Kollmorgen, Ratingen Vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen hat Universal Robots die beiden Typen UR 5 und UR 10 entwickelt. Die Handlingseinheiten stemmen eine Nutzlast von 5 bis 10 kg, bringen dabei aber lediglich eine Eigenmasse von 18 und 25 kg auf die Waage. Dieses geringe Gewicht macht es möglich, die Einheiten ohne komplexe Unterbauten leicht zu versetzen. Entsprechend flexibel sind die Roboter im Einsatz. Ihre Multifunktionalität unterstützt das dänische Unternehmen mit einer benutzerfreundlichen Software. Mit ihr sind die sechsachsigen Leichtgewichte in kürzester Ausblick Zeit bereit für ihre neuen Aufgaben. Für die Programmierung sind keine speziellen Roboterkenntnisse notwendig. Ein richtiger Baukasten Das herausragende Verhältnis von Eigengewicht zu Nutzlast ist das Ergebnis einer ausgefeilten Leichtkonstruktion, die auf alles verzichtet, was nicht wirklich gebraucht wird. Verzicht zu üben bedeutet bei der Antriebstechnik, die gehäuselosen Bausatzmotoren von Kollmorgen direkt in die Gelenkachsen zu integrieren. Dabei Letztlich sorgen die Laufruhe und die hohe Regelungsgüte der Synchron-Servomotoren mit dafür, die Roboter auch außerhalb von Handlings-Applikationen einzusetzen. Bisher steht für Universal Robots im Fokus, den Roboter als Werkzeug zu nutzen, der einfache Aufgaben erledigt. „Wir konkurrieren daher nicht direkt mit den anderen Roboterherstellern, die sich um komplexe Aufgaben kümmern. Wir befreien vielmehr den Menschen von ermüdender, monotoner Handarbeit“, macht Østergaard deutlich. Weil das Unternehmen aus Odense jedoch Leichtbau ohne unkontrollierte Oszillationen und Vibrationen entwickelt hat, gibt es neue Einsatzmöglichkeiten – z. B. beim Schweißen und Kleben. „Wir können unsere Geschäfte ausweiten“, sagt Østergaard. Diese Entwicklung wird begleitet von der Tatsache, dass beide Typen durch ausgefeilte Sicherheitstechnik auch noch ohne zusätzliche Abschirmungen eingesetzt werden können. Damit wird der Weg frei für ein komfortables und sicheres Miteinander von Personal und Technik. 42 Der Konstrukteur 6/2015

SPECIAL I ROBOTIK 01 Die gehäuselosen Motoren bieten aufgrund ihres variablen Baukasten viel Freiheit, Servoachsen raumoptimiert auszulegen 02 In den Robotern werden die Servo-Synchronmotoren direkt in die Achsgelenke integriert 03 Esben H. Østergaard, technischer Geschäftsführer von Universal Robots, schätzt die hohe Lieferverfügbarkeit der Motoren übernimmt der Roboter die Funktion des Motorgehäuses mit, während das Getriebe gleichzeitig als A-Lager des Rotors dient. In Gänze betrachtet, übernehmen die von UR eingesetzten Bauteile häufig mehrere Funktionen – was letztlich die Anzahl mechanischer Komponenten wie Kugellager, Kupplungen oder Wellen deutlich reduziert und damit Gewichtseinsparungen mit sich bringt. Das Baukastenprinzip der KBM-Motoren von Kollmoren mit seinen hohen konstruktiven Freiheitsgraden macht es für Universal Robots so einfach, die Servomotoren auch aus dem Gesichtspunkt des zur Verfügung stehenden Platzes optimal auszulegen und direkt mit den eingesetzten Robotergetrieben zu verbinden. Die KBM- Motoren steigern mit ihrer hohen Leistungsdichte gleichzeitig auch die Tragkraft der UR 5 und UR 10. Die KBM-Serie wurde entwickelt für eine maximale Drehmomentdichte bei minimalem Cogging und niedrigem Klirrfaktor, um in einem breiten Drehzahlbereich mit hoher Dynamik und vernachlässigbaren Rastmomenten zu agieren. Die elektromagnetische Technik mit einer hohen Packungsdichte im Stator steigert das Drehmoment und hält die thermischen Verluste gering. Für den Rotor kommen Verbundmagnete zum Einsatz, die ein Dauerdrehmoment von 1,45 bis 3 445 Nm sowie ein Spitzendrehmoment von 4,91 bis 12 812 Nm ermöglichen. „Die hohe Qualität dieser Motoren war ein Grund, warum wir uns für Kollmorgen entschieden haben“, sagt Esben H. Østergaard, technischer Geschäftsführer von Universal Robots. Dank der Bausatzmotoren ist es den Robotern möglich, die für ein Werkstück aufzubringende Kraft sehr präzise zu dosieren. Sie unterstützen die dafür notwendige Regelungsgenauigkeit von Drehmoment Die Motoren sind gehäuselos direkt in die Gelenkachsen integriert und Drehzahl, weil ihre elektrischen Parameter aufgrund der verwendeten Werkstoffe, der Konstruktion und der Fertigungsverfahren in einem engen Toleranzband liegen. Die gezielte Kraftregelung ist an dieser Stelle vor allem deshalb erforderlich, weil die Roboter durch ihre Flexibilität ständig unterschiedliche Werkstücke optimal bewegen sollen. In der Praxis erkennen sie die Größe und Elastizität der Objekte und variieren die aufzubringende Kraft entsprechend. Diese muss dazu lediglich stärker als 25 N sein. Mit einer Genauigkeit von ±10 N kann für jedes der sechs Gelenke die benötigte Kraft und mit einer Exaktheit von ±5 mm die gewünschte Position programmiert und ausgeführt werden. Betrieb ohne Lärm mit hoher Energieeffizienz Ein weiterer Vorteil der kleinen Helfer ist ihr geräuscharmer und Energie sparender Betrieb. Auch dafür leisten die gehäuselosen Motoren ihren Beitrag: Leiser Betrieb mit hoher Energieeffizienz. Der sparsame Umgang mit Ressourcen erhöht aus dem Blickwinkel der Total Costs of Ownership auf direktem Weg die Wirtschaftlichkeit der Roboter insgesamt. Folglich steigt damit die Wettbewerbsfähigkeit dieser Technik. Ein weiterer Vorteil der hohen Energieeffizienz steht im engen Kontakt zu den sinkenden Verlusten der Motoren. Weil der Wirkungsgrad hoch ist, entsteht weniger Wärme. Ergo bleiben die Motoren kühler, kommen nicht so schnell an ihre Leistungsgrenze und erreichen folglich eine höhere Lebensdauer. Das bessere Temperaturverhalten verhindert darüber hinaus das Aufheizen der gesamten Konstruktion. „Die in der Vergangenheit von uns eingesetzten Motoren wurden im Dauerbetrieb recht heiß. Die KBM-Motoren von Kollmorgen bleiben aufgrund der geringeren Verluste einfach kälter. Wir können deshalb unsere Roboter ohne Derating im Dauerbetrieb fahren“, sagt Østergaard und verweist auf Testverfahren mit langen Betriebszeiten und vergleichsweise hohen Lasten. Die KBM-Serie für den ein- und dreiphasigen Betrieb zählt zu den aktuellen Innovationen von Kollmorgen. Dem Maschinen- und Anlagenbau bieten die gehäuselosen Bausatzmotoren ein breites Lösungsspektrum, um Anwendungen mit einem Höchstmaß an Flexibilität, Leistungsdichte, Dynamik und Lebensdauer zu realisieren. Universal Robots profitiert davon nicht nur technisch. Weil nämlich der individuelle Antrieb das Ergebnis einer geschickten Kombination von Standardelementen darstellt, gibt es bei der Liefertreue keine unkalkulierbaren Risiken und die Lieferzeiten sind entsprechend kurz. „Wir können im Grunde genommen so viele Motoren bestellen, wann und wie wir wollen“, unterstreicht Østergaard. Dieser Aspekt bekommt vor allem deshalb einen hohen Stellenwert, weil Universal Robots stark wächst. „Wir brauchen deshalb einen Partner bei der Antriebstechnik, der zu uns passt.“ Kollmorgen konnte an dieser Stelle den dänischen Roboterspezialisten mit Liefertreue überzeugen. Bilder: Anlaufbild, 02 und 03 Universal Robots; 01 Kollmorgen www.kollmorgen.com Der Konstrukteur 6/2015 43

AUSGABE