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INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2022

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2022

STEUERN UND ANTREIBEN

STEUERN UND ANTREIBEN COBOTS IN DER FABRIKAUTOMATION SO PROFITIERT DER MITTELSTAND Roboter – ein seit vielen Jahren fester Bestandteil der Industrielandschaft. Doch jetzt sorgen technologische Innovationen für eine neue Welle der Fabrikautomation. Kollaborative Roboter und Roboter in Cobot-Größe ermöglichen kleineren Unternehmen, die sich die Fähigkeiten von Industrierobotern nicht leisten können (und sie auch nicht benötigen), ein neues Maß an Effizienz und Produktivität. Cobots sind kleiner, günstiger, einfacher zu programmieren und flexibler als herkömmliche Industrieroboter. Bei Bedarf können diese schnell mit neuen Aufgaben betraut oder in einem anderen Bereich einer Fabrik oder eines Lagers eingesetzt werden. Zudem sind Cobots so ausgelegt, dass sie sicher an der Seite von Menschen arbeiten können. Es ist daher nicht verwunderlich, dass Cobots eines der am schnellsten wachsenden Segmente der Robotikbranche sind. Um den Konstrukteuren von Cobots dabei zu helfen, diese Nachfrage zu befriedigen, konzentriert sich TE Connectivity, Anbieter von Verbindungs- und Sensorprodukten, auf die wichtigsten Trends, welche die Zukunft der Fabrikautomation bestimmen: Höhere Flexibilität, niedrigere Gesamtbetriebskosten, verbesserte Sicherheit und Langlebigkeit. COBOTS FLEXIBEL EINSETZBAR Im Gegensatz zu Industrierobotern, die dafür ausgelegt sind, jahrzehntelang immer wieder dieselbe Aufgabe auszuführen, muss ein einziger Cobot für mehrere Aufgaben geeignet sein. So könnte ein Unternehmen z. B. einen Cobot benötigen, der problemlos von einer einfachen Entnahme- und Platzierungsaufgabe zu einer Maschinenbedienungsaufgabe wechseln kann, die mehr Präzision erfordert. Die Herausforderung für die Konstrukteure von Cobots besteht nun darin, einen Roboterarm zu entwickeln, der den für verschiedene Aufgaben erforderlichen Bewegungsumfang bietet und gleichzeitig die Kosten niedrig hält. Jede potenzielle Bewegung erfordert eine separate Achse mit einem eigenen Satz von Motoren, Sensoren, Kabeln und Steckverbindern. Dies ist ein Umstand, der die Kosten in die Höhe treibt. Aus diesem Grund haben sich die Hersteller von Cobots auf ein standardmäßiges Sechs-Achsen- Setup für flexible Roboter geeinigt. Die Konfiguration ahmt den Bewegungsumfang eines menschlichen Arms nach und ist damit für die meisten kollaborativen Aufgaben geeignet. Doch auch bei dieser Standardkonfiguration müssen die Konstrukteure bei der Auswahl der internen Komponenten die konkurrierenden Anforderungen an Haltbarkeit, Empfindlichkeit und 32 INDUSTRIELLE AUTOMATION 2022/05 www.industrielle-automation.net

STEUERN UND ANTREIBEN Die Hybridlösung für Strom und Daten ermöglicht eine einfache Stromverteilung (unter Nutzung vorhandener Stromversorgungssysteme) Da die Akzeptanz und Verbreitung von Cobots weiter zunimmt, erwarten wir weitere Verbesserungen bei anderen Sicherheitsmerkmalen wie Näherungs- und Absolutwertsensoren. Alex Megej, Vice President und Chief Technology Officer der Industrial Unit bei TE Connectivity Kosten abwägen. Resolver – Systeme zur Messung des Drehwinkels – sind beispielsweise kostengünstig und langlebig, bieten aber möglicherweise nicht die für Feinarbeiten erforderliche Präzision. Am anderen Ende des Spektrums können optische Kodierer eine höhere Präzision liefern, sind aber empfindlicher und teurer. Um Cobots für ein breites Spektrum von Anwendern zugänglich zu machen, bietet TE auch einen Mittelweg zwischen diesen beiden Optionen an: Magnetische Drehgeber, die eine höhere Präzision als Resolver ermöglichen, aber deutlich preiswerter und robuster sind als optische Sensoren. SICHERHEIT MENSCHLICHER ARBEITSKRÄFTE Per Definition sind Cobots für die Zusammenarbeit mit Menschen konzipiert. Sie können ohne Sicherheitskäfige montiert werden, was die Montagekosten niedrig hält und ihren Platzbedarf in der Fabrik oder im Lager reduziert. Diese Konfiguration erfordert jedoch weitere Sicherheitsvorkehrungen zum Schutz der Arbeiter, die sich in der Nähe befinden. Fortschritte bei den Drehmomentsensoren haben dazu beigetragen, dass Cobots sicherer und zuverlässiger geworden sind. Die in jeder Achse des Cobot-Arms angebrachten Drehmomentsensoren messen die mechanische Belastung des Motors und des Getriebes der Achse. Sie können so programmiert werden, dass sie das Drehmoment unter einem bestimmten Schwellenwert halten und sich automatisch abschalten, bevor eine Verletzungsgefahr für den Menschen oder eine Beschädigung des Cobot- Arms selbst besteht. ZUVERLÄSSIG AUCH UNTER RAUEN BEDINGUNGEN Die Reduzierung von Ausfallzeiten und Reparaturkosten ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, dass Cobots erschwinglich bleiben. Dies ist eine Herausforderung, da Cobots in der Regel in Umgebungen eingesetzt werden, die für elektronische Komponenten und bewegliche Teile nicht ideal sind. Staub, Feuchtigkeit, Öl, Hitze, Vibrationen und elektromagnetische Inter ferenzen sind in Fabriken und Lagern an der Tagesordnung. Bei der Konstruktion von Cobots wird allerdings oft auch ein anderer Bereich übersehen, in dem Zuverlässigkeit von größter Bedeutung ist: Kabel und Steckverbinder. Die Kabel und Stecker für Achsenkomponenten wie Sensoren und Motoren sind häufig im Cobot-Arm selbst untergebracht. Trotz dieses Schutzes ist es notwendig, industrietaugliche Verkabelungssysteme zu verwenden. Diese sind speziell dafür ausgelegt, den für jedes Armgelenk erforderlichen Bewegungsumfang zu gewährleisten und gleichzeitig unerwünschte Bewegungen zu verhindern, wenn der Arm seine Aufgaben wiederholt ausführt. Es wird noch schwieriger für Konnektivität zu sorgen, wenn eine Aufgabe die Variabilität von End-of-Arm-Werkzeugen und Sensoren berücksichtigen muss. Der Wechsel zwischen verschiedenen Aufgaben erfordert oft einen neuen Werkzeug-Satz am Ende des Cobot-Arms, einschließlich Greifern, Sensoren, Kameras und Leuchten. Jede dieser Komponenten benötigt eine Strom- und Datenverbindung außerhalb des Schutzes des Cobot-Arms. DIE ZUKUNFT DER FABRIKAUTOMATION Der Aufstieg von Cobots hat bereits zu einem neuen Automatisierungsgrad in Bereichen geführt, in denen dies noch vor wenigen Jahren weder praktikabel noch erschwinglich war. Da Cobots immer mehr Aufgaben übernehmen, werden sie dabei helfen, Produktionsprozesse zu optimieren, um noch effizienter und flexibler zu werden. Bilder: zapp2photo – stock.adobe.com; sonstige TE Connectivity www.te.com AUTOR Alex Megej, Vice President und Chief Technology Officer der Industrial Unit, TE Connectivity www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 2022/05 33