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Plattform zur Vernetzung von Hard- und Softwarekomponenten für die Robotik

Chips und Module für Robotiklösungen

Roboter sind heutzutage in der Lage, auf Berührungen zu reagieren, mit ihrer Umgebung zu kommunizieren und innerhalb kürzester Zeit komplexe Produktionsabläufe zu erlernen. Um diese Aufgaben zu erledigen, benötigen sie ein leistungsfähiges peripheres Nervensystem, bestehend aus eingebetteten Steuerungschips und -modulen. Robotikhersteller profitieren hierbei von flexiblen Baukastensystemen, bestehend aus Chips und Modulen für verschiedene Anforderungen.

Zu den Anwendungsbereichen der Somante-Lösungen zählen robotische Steuerungtechnik, industrielle Robotik, kollaborative Roboter, robotische Produkte für den Endverbrauchermarkt sowie Transportsysteme mit autonomer Navigation. (Bild: Synapticon GmbH)

Die Firma Synapticon hat sich auf den Bereich der Embedded Systems spezialisiert. Der Kompetenzschwerpunkt liegt dabei auf Hard- und Software für vernetzte Systeme mit intensivem Sensor- und Aktoreinsatz. Die auf einer Plattform bereitgestellten Module und Chips ermöglichen die Vernetzung von Hard- und Softwarekomponenten. Einsatzbereiche sind neben Robotik auch autonome Fahrzeuge, industrielle Automatisierung, Sondermaschinen und das Internet der Dinge. Mit flexiblen Produkten und individuellen Lösungen bedient das Unternehmen internationale Kunden wie Airbus und Kuka. Das Spektrum an Engineering-Leistungen umfasst die kundenspezifische Anpassung und Erweiterung von Software, individuelle sowie integrierte Moduldesigns, aber auch die Auslegung und Auswahl von kompletten Antriebslösungen inklusive Motor, Getriebe und mechanischer Struktur.

Module und Chips für die Robotik

Mit Somanet steht Robotikherstellern ein System-on-Chip-Baukasten zur Verfügung, der verschiedene Module und Chips umfasst. Die Idee dahinter ist es, eine vielfältige Auswahl an Komponenten für die schnelle Umsetzung von Robotiklösungen anzubieten. Der Baukasten ermöglicht den Aufbau von Echtzeitsteuerungssystemen, in denen Software lokal auf Sensoren und Aktoren ausgeführt wird. Damit können Entwickler von cyberphysischen Systemen verteilte Rechnersysteme konfigurieren, aufbauen und programmieren, bei denen Aktorsteuerung, Erfassung von Sensordaten und Datenverarbeitung vollständig integriert sind. So lassen sich Motoren und Sensoren relativ einfach in komplexe Steuerungen integrieren und intelligent verwenden. Hersteller können ihre Prototypen schneller bauen und die Serienproduktion günstiger starten. Die Chips integrieren dedizierte industrielle Kommunikation, Sensordatenerfassung und Motorsteuerung. Mit den Chips lässt sich ein Board-Design einfach skalieren, indem Anwender mehr Instanzen einer Anwendung zu einem System-on-Chip hinzufügen. Die Module für Rapid Prototyping und Kleinserienfertigung umfassen eine Auswahl an Embeddedhardware- und Softwaremodulen, basierend auf den Chips des Unternehmens. Diese wiederum kommen in kundenspezifischen Elektroniksystemen und in der Massenfertigung zum Einsatz. Die vergleichsweise kostengünstigen Chips integrieren Industriestandardkommunikation, Sensordatenerfassung, Motorsteuerung und Bewegungssteuerung als System-on-Chip in einem einzigen Stück Hardware.

Bild: Synapticon GmbH

Elektronische Nervensysteme

Mit den Hard und Softwaremodulen lassen sich echte elektronische Nervensysteme bauen. Sie ermöglichen die Erstellung von verteilten Echtzeitsteuerungssystemen. Ein Somanet-basiertes System besteht aus Steuerungsknoten, die direkt am jeweiligen Sensor oder Aktor platziert werden. Die Knoten umfassen ein Modul für die Kommunikation, ein Prozessormodul und eine Leistungselektronik für Motoren sowie Sensorschnittstellen. Für jeden dieser Modultypen gibt es eine Vielzahl von Optionen, die jede Steuerungsapplikation von der einfachen Sensordatenerfassung bis hin zur anspruchsvollen Mehrachsbewegungssteuerung unterstützen. Abhängig von der Konfiguration der Module, insbesondere der Auswahl des Schnittstellenmoduls, lässt sich ein Steuerungsknoten verwenden, um eine beliebige lokale Aufgabe in einem verteilten Steuerungssystem auszuführen. Eine Modulreihe für Antriebsschnittstellen beispielsweise ist geeignet für bürstenlose Gleichstrommotoren von 10 bis 5.000W Dauerbelastung, ebenso wie für Bürstengleichstrommotoren sowie Schrittmotoren gleicher Größe. Mit bis zu vier Phasenstromsensoren, einer Hallsensorschnittstelle, RS422-, BiSS- und SPI-Schnittstellen für Quadraturgeber, digitalen GPIO-Schnittstellen und analogen Eingängen lässt sich eine Vielzahl von Rückmeldesensoren einsetzen. Die mitgelieferte Motorsteuerungssoftware enthält alles, was für die Verwendung der Hardwareressourcen des Servomotortreibermoduls erforderlich ist. Open-Source-Sinus- und Open-API-Feld-orientierte Methoden zur Steuerung/Kommutierung stehen als Basis für die mitgelieferten DS402-konformen Positions-, Drehzahl- und Drehmoment-/Stromregelkreise zur Verfügung. Mithilfe der freien Programmierbarkeit der Coremodule lassen sich maßgeschneiderte Motion-Control-Lösungen entwickeln. Mit den GPIO-Schnittstellenmodulen kann jede Art von Sensor an ein Robotiksystem angeschlossen werden. Isolierte und nicht isolierte digitale und analoge Eingänge sowie digitale Ausgänge ermöglichen sowohl die direkte Anbindung von Low-Level-Sensorsignalen als auch die Verwendung von parallelen oder seriellen Protokollen wie UART , SPI oder I2C über Open-Source-Softwaremodule. Die parallelen Rechenressourcen von Coremodulen dienen in Verbindung mit einem lokalen Pufferspeicher dazu, um Sensordaten lokal am Sensorknoten zu verarbeiten. Low-Power-Kommunikationsmoduloptionen und erweiterte Funktionen für das Leistungsmanagement der Prozessoren machen die Produktreihe auch zu einer effizienten Plattform für verschiedene Anwendungen.

Chips und Module für Robotiklösungen
Zu den Anwendungsbereichen der Somante-Lösungen zählen robotische Steuerungtechnik, industrielle Robotik, kollaborative Roboter, robotische Produkte für den Endverbrauchermarkt sowie Transportsysteme mit autonomer Navigation. (Bild: Synapticon GmbH)


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