Ein innovatives Unternehmen im Bereich der spezialisierten kollaborativen Robotik überwand einen kritischen Engpass bei der Umsetzung von Prototypen in die Produktion, indem es von Standardservoantrieben auf eine kundenspezifische Mehrachsenarchitektur umstieg. Durch diese Konsolidierung konnten die Kosten für die Bewegungssteuerungshardware und der Platzbedarf erheblich gesenkt werden, während gleichzeitig die Impedanzsteuerung mit hoher Bandbreite beibehalten wurde, die für eine sichere, menschenzentrierte Interaktion erforderlich ist.
Die Herausforderung: Hohe Präzision bei engen räumlichen Vorgaben
Ein Entwickler konstruierte einen hochspezialisierten kollaborativen Roboter (Cobot) für die direkte Interaktion mit dem Menschen. Um sicher und effektiv arbeiten zu können, benötigte die Anwendung eine mehrarmige Synchronisation, die eine fortschrittliche Impedanzsteuerung (Kraftrückkopplung) ermöglicht.
Die Steuerelektronik musste in einem stark eingeschränkten, schallgedämpften Gehäuse untergebracht werden, was herkömmliche Industrieschränke ausschloss. Darüber hinaus erforderte das System eine äußerst zuverlässige Safe Torque Off (STO)-Integration, um die strikte Einhaltung der Sicherheitsstandards für die Zusammenarbeit zu gewährleisten.
Die Hürde: Der Kompromiss zwischen Leistung und Verpackung
Während der F&E-Phase haben Standard-FlexPro®-Antriebe das technische Konzept erfolgreich unter Beweis gestellt, indem sie die erforderliche Drehmomentdichte und die Präzision der EtherCAT-Kommunikation lieferten.
Als sich das Projekt jedoch auf die Serienproduktion zubewegte, stellten der physische Verpackungsaufwand und die Kosten pro Achseneinheit der Prototypkonfiguration ein großes Hindernis dar.
Das Entwicklungsteam stand vor einem allgemeinen Hardware-Dilemma: Es musste eine Möglichkeit gefunden werden, die erstklassige haptische Leistung beizubehalten, ohne die strengen Produktionskostenvorgaben zu überschreiten oder die physische Stellfläche zu vergrößern.
Die Lösung: Architektonische Konsolidierung
ADVANCED Motion Controls erkannte, dass die Hindernisse eher in redundanten Verpackungen und doppelten Komponenten als in der zentralen Bewegungstechnologie lagen, und schlug eine strukturelle Umgestaltung vor. Da die Achsen des Roboters voneinander abhängig waren, entwickelte AMC eine kundenspezifische Zwei-Achsen-Antriebslösung, bei der zwei Achsen auf einer einzigen Leiterplatte (PCB) zusammengefasst wurden.
- Die Redundanz wurde beseitigt: Durch die gemeinsame Nutzung von Logikschaltungen, Stromversorgungseingängen und Kommunikationsschnittstellen entfällt der Bedarf an doppelten Anschlüssen, Gehäusen und Prozessoren.
- Vereinfachte Integration: Das konsolidierte Design reduzierte die interne Verkabelung drastisch, verbesserte die Luftzirkulation innerhalb des kompakten Gehäuses und reduzierte die Gesamtmontagezeit.
- Unified Communications: Die benutzerdefinierte Karte stellte einen einzigen, optimierten EtherCAT-Knoten dar, der die Netzwerkkarte des Master-Controllers vereinfachte.
Die Ergebnisse: Wirtschaftlichkeit der Produktionseinheit erreichen
Der architektonische Drehpunkt ermöglichte es dem Entwickler, die Lücke zwischen der Leistung des Prototyps und den Produktionszielen erfolgreich zu schließen.
- Kosteneffizienz: Der mehrachsige Ansatz senkte die Kosten pro Achse erheblich, wodurch die erforderliche Wirtschaftlichkeit der Einheit ohne Leistungseinbußen erreicht wurde.
- Start der Produktion: Die Einhaltung strenger Stücklistenvorgaben ermöglichte es dem Unternehmen, die Prototypenphase zu verlassen und in die Serienfertigung überzugehen.
- Kontinuierliche Verbesserung: Der Erfolg der anfänglichen Konsolidierung hat sich zu einer fortlaufenden technischen Partnerschaft entwickelt, die sich auf die kontinuierliche Optimierung der Bewegungssteuerungsarchitektur des Systems konzentriert.
