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Bild: iStock, Issam Khriji
Motion Control

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Elmo bewegt Chinas Roboter

Für den ersten kollaborierenden Roboter aus chinesischer Herstellung verwendet der Roboterhersteller Siasun die Servoantriebstechnik von Elmo Motion Control.

Chinas Ambitionen in der Robotik sind hoch - entsprechend gibt es einige Projekte, die Chinas Position auf dem internationalen Roboter-Markt forcieren sollen.

Für die kollaborierenden Roboter von Siasun kommen netzwerkfähige Kompakt-Servoregler von Elmo zum Einsatz, die unmittelbar an den Robotergelenken montiert werden. Der Einsatz von zwei parallelen Servosystemen und von hochauflösenden Absolut-Encodern ergeben einen Siebenachs-Roboter für die unmittelbare Kooperation mit dem Menschen.

Die EthercatGold-Servoregler sind direkt an den Gelenken der Roboterarme montiert, um sich in die kompakte Bauform des Roboters zu fügen. Zwei leistungsstarke und ebenfalls kompakte Servoregler vom Typ Gold Solo Guitar treiben die beiden Grundachsen an, auf der sich die gesamte mechanische Struktur des Roboters bewegt. Die Möglichkeit, diese Motoren kontinuierlich mit Stromstärken bis 50 Ampere und mit Spitzen bis 100 Ampere zu betreiben, schafft eine zentrale Voraussetzung für das Erreichen der geforderten Werte bei Achsgeschwindigkeit, Beschleunigung und Verzögerung.

Darüber hinaus sind pro Roboter fünf Miniatur-Servoregler der Baureihe Gold Solo Whistler installiert. Sie treiben die fünf weiteren Achsen an und können dauerhaft mit 20 Ampere (Spitzenlast 40 Ampere) betrieben werden. Alle Antriebe arbeiten mit höchstmöglichen Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Verzögerungsraten und können andererseits auch bei niedrigen Geschwindigkeiten und hoher Positioniergenauigkeit betrieben werden.

Diese gegensätzlichen Anforderungen mit ein und demselben Servoregler zu erfüllen, setzt einen außergewöhnlich dynamischen Strombereich von 1:2000 voraus sowie sehr kurze Antwortzeiten. Die Position der Servoregler in unmittelbarer Nähe zum Feedbacksystem verringert außerdem die Verkabelung und Beeinflussung durch Elektromagnetismus (EMI) und Funksignale (RFI).

EASII (Elmo Application Studio)

Ebenfalls eingesetzt wurde das Konfigurations-Tool Elmo Application Studio EASII von Elmo. Das Tool unterstützte die Entwickler bei der Abstimmung aller Servoregler im Netzwerk und im Zusammenspiel, um eine bestmögliche Servo-Performance zu erzielen. Zu den implementierten Funktionen gehörten eine zuverlässige Systemidentifikation, das passende Controller-Design sowie Filter, die Unregelmäßigkeiten im mechanischen Antriebsstrang kompensieren. Außerdem kommen vereinfachte Modi für die Multi-Achs-Identifikation mit einer besonderen Art der Positionserfassung zur Anwendung, um die Crossover-Effekte zwischen den einzelnen Achsen zu beherrschen.

Der Multi-Achs-Maestro

Bei Multiachsantrieben für die Robotik kommt zumeist der Mehrachs- Controller Platinum Maestro (P-MAS) zum Einsatz, der über Funktionen wie kartesische Koordinaten, Scara, 3-link und Delta verfügt. Der integrierte Kinematik-Support arbeitet entweder im MCS- (Machine Coordinate System) oder PCS- (Product Coordinate System) Modus mit voller Synchronisation zu Peripheriegeräten wie Drehtischen, Förderbändern und anderen Anlagenkomponenten.

Darüber hinaus bietet der P-MAS eine Echtzeitcode-Sektion für individuelle Applikationen. Diese Sektion ermöglicht es den Roboter-Entwicklern, ihre eigenen Kinematik-Gleichungen zu implementieren. Der P-MAS basiert 4-Core-Prozessortechnik und kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Applikation die Echtzeitberechnung der Roboterbewegungen mit Netzwerk-Zykluszeiten von 250 μs fordert. Die kinematischen Gleichungen, die im Controller hinterlegt sind, errechnen die Zielpositionen und –geschwindigkeiten oder das Drehmoment aller Achsen im System und stellen sie für jeden EtherCAT-Zyklus bereit.

Der Controller erlaubt zwei Betriebsweisen: Teaching-Modus und Betriebsmodus. Im Teaching-Modus bewegt der Bediener den Roboterarm zu der Schlüsselposition des gewünschten Verfahrwegs. Der Mehrachs-Controller zeichnet die Positionen auf, um den gesamten Bewegungsablauf im Betriebsmodus zu wiederholen. Die Treiber arbeiten dann im Cyclic Synchronous Torque-Modus (CST).

Der Controller berücksichtigt dann nicht nur den Drehmomentbedarf, sondern auch zusätzlichen Strom beziehungsweise zusätzliches Drehmoment, um Faktoren wie Schwerkraft und Eigendynamik zu kompensieren. In der zweiten Betriebsweise, dem Betriebsmodus, errechnet der Mehrachs-Controller die Zielpositionen und –geschwindigkeiten der sieben Achsen anhand des kinematischen Modells des Roboters. Wenn erforderlich, wird der Drehmomentbedarf kompensiert oder. entsprechend den Anforderungen erhöht. Die Treiber arbeiten im Cyclic Synchronous Position -(CSP) oder im Cyclic Synchronous Velocity- (CSV)-Modus und verarbeiten Befehle für Position, Geschwindigkeit und Drehmomentkompensation.

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