Eine Publikation der Binkert Medien AG
Gehäuselose Motoren mit hoher Leistungsdichte für Leichtbauroboter : Ausgabe 01/2014, 15.04.2014

Flexibles und präzises Handling

Die kleinen Roboter von Universal Robots fokussieren auf Arbeitsbereiche, bei denen traditionelle Roboter zu gross, zu teuer und zu laut sind. Dank ihrem geringen Eigengewicht sind sie flexibel einsetzbar. Einen wesentlichen Anteil an der hohen Leistungsdichte der Sechs-Achsen-Knickroboter haben die eingesetzten Motoren. Diese lassen sich gehäuselos direkt in die Gelenkachsen integrieren.

Autor: Ian Young

Vor allem für kleine und mittelständische Unternehmen hat Universal Robots die beiden Typen UR 5 und UR 10 entwickelt. Die Handling-Einheiten stemmen eine Nutzlast von 5 und 10 kg, bringen dabei aber lediglich eine Eigenmasse von 18 und 25 kg auf die Waage. Dank dem geringen Gewicht lassen sich die Einheiten ohne komplexe Unterbauten leicht versetzen. Entsprechend flexibel sind die Roboter im Einsatz. Diese Multifunktionalität unterstützt das dänische Unternehmen mit einer benutzerfreundlichen Software. Mit ihr sind die sechsachsigen Leichtgewichte in kurzer Zeit bereit für ihre neuen Aufgaben. Für die Programmierung sind keine speziellen Roboterkenntnisse notwendig.

Flexibler Baukasten und Mehrfach-funktion der einzelnen Komponenten

Das gute Verhältnis von Eigengewicht zu Nutzlast ist das Ergebnis einer ausgefeilten Leichtkonstruktion, die auf alles Unnötige verzichtet. Dies bedeutet bei der Antriebstechnik, die KBM-Direktmotoren direkt in die Gelenkachsen zu integrieren. Dabei übernimmt der Roboter die Funktion des Motorgehäuses mit, während das Getriebe gleichzeitig als A-Lager des Rotors dient. Die eingesetzten Bauteile übernehmen häufig mehrere Funktionen – was die Anzahl mechanischer Komponenten wie Kugellager, Kupplungen oder Wellen deutlich reduziert und damit Gewichtseinsparungen mit sich bringt.

Das Baukastenprinzip mit seinen hohen konstruktiven Freiheitsgraden macht es für Universal Robots einfach, die Servomotoren optimal auszulegen und direkt mit den eingesetzten Robotergetrieben zu verbinden. Die KBM-Motoren liefern mit ihrer hohen Leistungsdichte zudem noch ihren eigenen Beitrag zur Steigerung der Tragkraft.

Hohe Regelungsgenauigkeit sorgt für präzise Kraftdosierung

Kollmorgen hat die KBM-Serie für eine hohe Drehmomentdichte bei geringem Cogging und niedrigem Klirrfaktor entwickelt, um in einem breiten Drehzahlbereich dynamisch und mit wenig Rastmomenten zu agieren. Die elektromagnetische Technik mit hoher Packungsdichte im Stator steigert das Drehmoment und hält die thermischen Verluste gering. Für den Rotor kommen Verbundmagnete zum Einsatz, die ein Dauerdrehmoment von 1,45 bis 3445 Nm sowie ein Spitzendrehmoment von 4,91 bis 12 812 Nm erlauben.

Mit den Motoren können die Roboter die benötigte Kraft sehr präzise dosieren. Ihre elektrischen Parameter liegen dank den verwendeten Werkstoffen, der Konstruktion und den Fertigungsverfahren in einem engen Toleranzband. Dadurch bieten sie die notwendige Regelungsgenauigkeit von Drehmoment und Drehzahl. Die gezielte Kraftregelung ist vor allem deshalb erforderlich, weil die Roboter ständig unterschiedliche Werkstücke optimal bewegen sollen. In der Praxis erkennen sie die Grösse und Elastizität der Objekte und variieren die aufzubringende Kraft entsprechend. Diese muss dazu lediglich stärker als 25 N sein. Anwender können mit einer Genauigkeit von ±10 N für jedes Gelenk die benötigte Kraft und mit einer Exaktheit von ±5 mm die gewünschte Position programmieren.

Geräuscharmer Betrieb mit hoher Energieeffizienz

Ein weiterer Vorteil der kleinen Helfer ist ihr geräuscharmer und energiesparender Betrieb. Auch dafür leisten die Motoren ihren Beitrag: leiser Betrieb mit hoher Energieeffizienz. Der sparsame Umgang mit Ressourcen erhöht im Sinn der Total Cost of Ownership die Wirtschaftlichkeit.

Darüber hinaus haben die Motoren auch einen hohen Wirkungsgrad und es entsteht weniger Wärme. Ergo bleiben die Motoren kühler, kommen nicht so schnell an ihre Leistungsgrenze und erreichen folglich eine höhere Lebensdauer. Das bessere Temperaturverhalten verhindert darüber hinaus das Aufheizen der gesamten Kon-struktion. Dadurch kann Universal Robots die Roboter ohne Derating im Dauerbetrieb einsetzen, etwa für Testverfahren mit langen Betriebszeiten und vergleichsweise hohen Lasten. Ein weiterer Vorteil der Motoren sind die kurzen Lieferzeiten. Diese ergeben sich, weil sich der individuelle Antrieb geschickt aus Standardelementen zusammensetzt.

Auf dem Weg zu neuen Einsatzgebieten

Letztlich sorgen die Laufruhe und die hohe Regelungsgüte der KBM-Motoren dafür, dass Anwender die Roboter auch ausserhalb von Handling-Applikationen einsetzen können. Bisher steht für Universal Robots im Fokus, den Roboter als Werkzeug für einfache Aufgaben zu nutzen und die Mitarbeitenden so von ermüdender, monotoner Handarbeit zu entlasten. Daher konkurriert das Unternehmen nicht direkt mit anderen Roboterherstellern, die sich um komplexe Aufgaben kümmern. Da der dänische Roboterspezialist jedoch Leichtbau ohne unkontrollierte Oszillationen und Vibrationen entwickelt hat, eröffnen sich neue Einsatzgebiete – zum Beispiel beim Schweissen und Kleben. Hinzu kommt die Tatsache, dass sich beide Typen UR 5 und UR 10 durch ausgefeilte Sicherheitstechnik auch noch ohne zusätzliche Abschirmungen einsetzen lassen. Damit wird der Weg frei für ein komfortables und sicheres Miteinander von Personal und Technik.

Katalog Antriebslösungen: 01_14.54.pdf

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Die sechsachsigen Leichtbauroboter kommen beispielsweise beim Bestücken von Bearbeitungszentren zum Einsatz. Die Bewegungsführung kann das Bedienpersonal an der Maschine sehr einfach vornehmen


Die KBM-Motoren bieten aufgrund ihres variablen Baukastens viel Freiheit, Servoachsen raumoptimiert auszulegen

Autor

Ian Young ist Key Account Manager bei Kollmorgen in Ratingen/DE