Inhaltsverzeichnis
1. Lenkwinkelerfassung – besser inkremental oder absolut?
2. Kit-Encoder für kompakte AGVs
3. CAN-Bus-Drehgeber sichern Integrität der Applikation
Automated Guided Vehicles (AGV) beziehungsweise Fahrerlose Transportsysteme (FTS) werden mittlerweile in zahlreichen Branchen eingesetzt – etwa für die Reinigung und Behandlung von Sportböden. Hier präparieren autonome Spezialfahrzeuge den Boden für den jeweiligen Zweck, denn die Anforderungen an dessen Oberflächeneigenschaften variieren je nach Sportart erheblich. Menschen werden bei diesem Vorgang kaum noch benötigt – lediglich zu Beginn des Bearbeitungsvorgangs definiert ein Bediener das Reinigungs- und Pflegeprogramm. Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt durch vier an den Rädern montierten Elektromotoren, deren Drehzahlen von einem Drehgeber erfasst und an die Steuereinheit des AGVs übermittelt werden. Auf diese Weise kann das Fahrzeug zentimetergenau navigieren. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet für AGVs ist die Intralogistik. Sie bewegen in Lagerhallen Komponenten und fertige Produkte von einem Ort zum anderen.
Damit der Transport so effizient wie möglich abläuft, müssen die Fahrzeuge sehr präzise gesteuert werden. Encoder des Drehgeber-Spezialisten Megatron übernehmen die Erfassung der Lenkwinkel sowie der Geschwindigkeit und sorgen für den optimalen Betrieb der Fahrzeuge.
Lenkwinkelerfassung – besser inkremental oder absolut?
Die exakte Steuerung eines FTS hängt maßgeblich von der Präzision der verbauten Drehgeber ab. Moderne Hall-Encoder wie die HTx-Serie von Megatron bieten verschiedene Schnittstellen für die Ausgabe eines absoluten Winkelwerts an – von einfachen analogen über serielle bis hin zu multifunktionalen CAN-Bus-Schnittstellen. Der FTS-Hersteller bekommt einen genau auf sein Fahrzeug abgestimmten Drehgeber mit einem vorprogrammierten Winkelbereich. Das spart Kosten in der Fertigung und bei der Programmierung der Elektronik.
Manche AGV-Produzenten setzen für die Winkelmessung auch Inkrementalgeber ein, die Relativinformationen an die Elektronik des Fahrzeugs übertragen. Um trotzdem den momentanen, absoluten Lenkwinkel zu kennen, wird dieser durch die Auswerteeinheit des Fahrzeugs errechnet, wofür Referenzfahrten der Lenkmechanik implementiert werden. Ein Vorteil dieses Prinzips ist, dass der tatsächliche, komplette Lenkwinkel jedes einzelnen Fahrzeugs von der Elektronik erlernt wird und so Abweichungen durch mechanische Toleranzen in der Lenkmechanik eliminiert werden. Durch dieses Teach-In kann beispielsweise ein und dieselbe Drehgeber-Variante für verschiedene Fahrzeuge eingesetzt werden, da die Elektronik den jeweiligen Winkel erlernt.
Der Drehgeber-Spezialist hat für solche Fälle eine besondere Elektronik im Programm, die eine Teach-In-Lösung für Absolutwertgeber bietet. Die programmierbare Multiturn-Elektronik (PM) ermöglicht es dem Kunden, den Anfangs- und Endwert für das Ausgangssignal durch ein einfaches Programmiergerät direkt beim Einbau des Drehgebers zu setzen. Durch dieses Teachen lassen sich die mechanischen Toleranzen eliminieren, die es bei jedem AGV gibt.
Darüber hinaus kann der Drehgeber bis zu 200 Umdrehungen zählen, ist also als Multiturn-Drehgeber einsetzbar und daher auch für Anwendungen mit Getriebeübersetzung nutzbar. Die Lösung vereint die Vorteile von Absolutwertgebern mit denen der oben genannten Teach-In-Methode. Alle Drehgeber des Unternehmens können mit der PM-Elektronik ausgestattet werden – sowohl die kompakten Ausführungen mit Kunststoffgehäuse (ETA25PM) und Gleitlager als auch die robusten Metallbauformen mit Kugellager (HTA25PM).
Kit-Encoder für kompakte AGVs
Für Anwendungen mit wenig Bauraum bietet Megatron zusätzlich zu den klassischen Drehgebern auch Kit-Varianten an. Die Serie ETx25K ist beispielsweise ein Hallgeber mit Kunststoffgehäuse, der eine Einbauhöhe von gerade einmal 8 mm aufweist. ETx25K-Encoder eignen sich deshalb besonders für sehr kleine AGVs, denn hier zählt jeder Millimeter. Für Anwendungen in rauen Umgebungen bietet der Hersteller mit dem HTx25K eine Variante aus Metall und Kabelverschraubung an (Einbauhöhe 20 mm). Bei beiden Drehgebern positioniert der Kunde den mitgelieferten Magneten in definiertem Abstand zum Encoder und dieser sorgt dann für die berührungslose und verlässliche Winkelerfassung. Auch die Kit-Encoder sind als programmierbare (Teach-In-) Versionen erhältlich (ETA25KPM bzw. HTA25KPM). Der Hersteller liefert die Drehgeber mit Eingangsspannungen von 5 V oder 24 V (11..30 V) und Analogsignalen von 0..5 V, 0..10V oder 4..20 mA.
Auch bei größeren AGVs werden Drehgeber des Unternehmens eingesetzt – unter anderem in autonom fahrenden Gabelstaplern. Für diese AGV eignen sich besonders die robusten HTx36E-Sensoren. Diese Drehgeber verfügen über eine doppelt kugelgelagerte Edelstahlwelle, ein langlebiges Lager, eine hohe IP-Schutzart sowie Schock- und Vibrationsfestigkeit. Sie bilden mit ihrer magnetischen Messwerterfassung und der digitalen Signalverarbeitung die Basis, um Messsignale über CAN-Bus zu übertragen.
Die CANopen-Drehgeber HTx36E sind auch als Multiturn-Variante mit energieautarkem Zähler für die Umdrehungszählung verfügbar (Energy Harvesting, ohne Batterie oder Getriebe). Sie erreichen eine bemerkenswerte Systemgenauigkeit von ±0,09° und können bis zu 8,8 Billionen Umdrehungen zählen. Weitere Vorteile der HTx36E-Drehgeber sind die freie Wahl der Single- und Multiturn-Auflösungen sowie die automatische Detektion der Baud-Rate. Zudem kann der Anwender die Auflösung, den Nullpunkt und den Drehsinn (CW/CCW) der Encoder selbst festlegen und parametrieren. Daher ist auch mit diesen Drehgebern ein einfaches Teachen beziehungsweise Kalibrieren des Lenkwinkels in der Applikation möglich.
CAN-Bus-Drehgeber sichern Integrität der Applikation
Die HTx36E-Drehgeber mit CAN-Bus stellen neben der Winkelinformation noch weitere wichtige Statusinformationen bereit, die von der Steuereinheit ausgewertet werden. CAN-Bus-Encoder warnen zum Beispiel beim Überschreiten der Betätigungsgeschwindigkeit der Welle, beim Verlassen des Temperaturbereichs sowie im Falle eines Hardwaredefekts (EEPROM) oder eines CAN-Overruns. Das sogenannte Heartbeat-Protokoll beziehungsweise Node-Guarding überträgt diese Informationen auf Wunsch zyklisch an das Steuergerät. Sollte es zu einer nicht über den Bus identifizierbaren Beeinträchtigung kommen, gibt das in den Drehgeber integrierte optische Diagnosesystem Auskunft über mögliche Ursachen der Nichtfunktion. Mithilfe der Drehgeber bekommen die Anwender von AGVs zum Beispiel frühzeitig Hinweise auf einen bevorstehenden Ausfall des Fahrzeugs. Sie können also eingreifen, bevor ein Schaden entsteht. (jg)
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