Modulares System von Dreh- und Linearantrieben ohne Schaltschrank

Flexible Problemlöser

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Die Anforderungen an die Automatisierungstechnik werden immer komplexer, so dass Standardlösungen die Vorgaben von Anwendern oft nur unzureichend erfüllen können. Höhere Flexibilität bietet jetzt ein modulares System von Dreh- und Linearantrieben, das speziell auf spezifische Aufgabenstellungen zugeschnitten werden kann und über eine Software auf Windows-Basis leicht handhabbar ist.

Der Autor Roland Tschakarow ist Geschäftsführer der amtec GmbH, Berlin

Powercube als Roboter
Konsequent auf Powercube-Basis lassen sich die einzelnen Komponenten problemlos zu einzelnen Roboterkonfigurationen zusammenstellen z.B. einem Scara (Bild 4), so dass der Kunde exakt den Handhabungsautomaten erhält, den er braucht. Eine Unter- bzw. Überdimensionierung ist dadurch ausgeschlossen. Die Roboter, deren Armlänge einstellbar ist, werden in Bezug auf Tragfähigkeit, Geschwindigkeit und Arbeitsraum auf ihren besonderen Arbeitseinsatz zugeschnitten. Kernstück aller Scaras sind dabei die beiden Drehmodule und das Lift- and Turn-Modul. Die Drehmodule sind in einer Kantenlänge von 70 mm, 90 mm oder 110 mm und mit einer Getriebeübersetzung von 100 : 1 bzw. 160 : 1 verfügbar. Jedes in den Scaras verwendete Modul enthält einen Servomotor, ein spielfreies Wellengetriebe, einen Encoder und die Leistungselektronik mit PWM-Ansteuerung. Ebenso integriert sind die Modulsteuerung mit einem 16-Bit-Mikrocontroller, die serielle Datenkommunikation zur übergeordneten Steuerung und ein eigenes Betriebssystem für die Überwachung, Steuerung und Kommunikation. Je nach Einsatzbereich können die Roboter mit elektrischen Greifern aus dem PowerCube-Programm, aber auch mit Standard-Pneumatikgreifern ausgestattet werden. Die Positioniergenauigkeit der Scaras liegt bei +/- 0,1o für die Rotation und +/- 0,01 mm für den Hub.
Powercube in der Anwendung
Bei einem Hersteller von Reinräumen für die Halbleiterfertigung wurde ein leichtes und mobiles System gefordert, das, montiert auf einem Stativ und batteriebetrieben, die Filterkassetten der Reinraumdecken nach eventuell vorhandenen Partikeln scannen sollte. Der Automat muss außerdem als Messglied dienen. Eine weitere Forderung war die Steuerung des Automaten mittels Windows und VisualBasic-Software. Der Hersteller der Reinräume benötigte ein solches System, um bei Installation vor Ort eine Endkontrolle durchführen zu können und für den Service, bei dem in regelmäßigen Intervallen die Partikelkonzentration der Räume gemessen wird.
Gelöst wurden die Kundenspezifikationen durch ein System bestehend aus zwei Drehmodulen mit 70 mm bzw. 90 mm Kantenlänge, einer 24V Stromversorgung durch eine Batterie sowie einem Notebook mit Standard-Software zur Steuerung des Automaten. Ausschlaggebend für die Auftragsvergabe waren vor allem die Forderungen nach einem batteriebetriebenen System, gesteuert durch Standard-Software und mit dem Automaten als Messglied, die in der Form vom Wettbewerb nicht realisiert werden konnten.
In einem anderen Fall, einem Chemielabor, war von vornherein ein flexibles Baukastendesign gefragt. Weitere Kriterien für die Auftragsvergabe waren die Steuerung über Windows, Einkabeltechnologie, elektrische Greifer, bürstenlose Motoren und natürlich eine hochgenaue Positionierung. Auch hier kam der Powercube-Systembaukasten, gesteuert von einer Standard-Software, zum Zuge, obwohl der Preis gerinfügig über dem des Wettbewerbs lag. Denn unter dem Strich erwies sich die angebotene Lösung als wesentlich effizienter.
Powercube in Forschung und Entwicklung
Aber nicht nur im produktiven Bereich kommt Powercube zum Einsatz, denn in der Forschung und Entwicklung arbeitet der Hersteller mit Universitäten und Forschungsabteilungen zusammen. So wurde z.B. gemeinsam mit DaimlerChrysler Aerospace ein Roboter entwickelt, der es gestattet, auch ungeordnete Werkstücke problemlos zu erkennen, zu erfassen und entsprechend ihrer Weiterverwendung zu positionieren (Bild 1).
Der neuentwickelte Handhabungsautomat wird von vier CCD-Kameras gesteuert, die ihm die Fähigkeit verleihen, sich auch in einer unbekannten Umgebung zu orientieren und seine Aufgaben zu erfüllen. Der lernfähige Roboter reagiert flexibel auf veränderte Situationen und beherrscht im Gegensatz zu herkömmlichen Industrierobotern nicht nur eine Reihe exakt festgelegter Bewegungsabläufe. Eine Neuprogrammierung bei veränderter Werkstücklage entfällt dadurch. Eine im Roboter integrierte 3D-Laserkamera zur Generierung von Tiefenbildern im Videotakt liefert dabei die räumlichen Informationen, die derart in Daten umsetzt werden, dass der Handhabungsautomat entsprechend reagiert und die Information in Bewegungen der Arme umsetzt. In einer vorbereitenden Lernphase wird hierzu der Roboter mit seinem Arbeits-umfeld vertraut gemacht und dieser merkt sich darüber hinaus die dreidimensionale Gestalt der Gegenstände, mit denen er konfrontiert ist. Dadurch ist er dann in der Lage, sich auch in einer veränderten Umgebung zu orientieren und seine Aufgaben zu erfüllen. Entwickelt wurde die neue Robotergeneration für erdferne Arbeiten, er ist aber flexibel an seine jeweiligen Aufgaben anpassbar und kann im industriellen Bereich schneller neue Produktionsaufgaben erlernen als übliche Industrieroboter.
Ausführliche Informationen
Baukastensystem Powercube
KEM 380
Internet:
Die Powercube-Idee
Es ist eine Idee, die den Lego- oder Fischer-Systemen entspringen könnte: Automatisierungstechnik soll derart einfach konfiguriert sein, dass sie flexibel an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann. Dies kombiniert mit dem Anspruch, dem Baukastenprinzip eine hochkomplexe Technologie zu unterlegen und trotzdem einfachste Bedienbarkeit zu gewährleisten, führte zur Entwicklung von PowerCube, einem modularen System von Dreh- und Linearantrieben (Bilder 2 und 3).
Powercube wird gesteuert von einer anwendungsspezifischen Software auf Windows-Basis und ist insofern leicht handhabbar. Eine weitere Besonderheit der Antriebe ist, dass die komplexe Technik in die einzelnen Module integriert ist, so dass sie ohne Steuerschrank betrieben werden können. Es reicht ein PC oder eine SPS, die über nur ein Kabel mit dem Automaten verbunden werden. Aufgrund der Modultechnik ist Powercube prädestiniert für Systemintegratoren, denn diesen bietet es die Flexibilität, die sie benötigen, um Automatisierungssysteme anwendungsspezifisch zuzuschneiden.
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Basierend auf dem brandneuen Standard Wireless-IO-Link zeigt Timo Mauderer, Leiter Vorentwicklung bei der Zimmer Group den intelligenten Roboterflansch, der kabelgebundene mechatronische Greifer mit wireless-IO-Link verknüpft und somit eine externe Roboterverkabelung in vielen Fällen überflüssig macht.

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