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Kraftübertragung auf Basis von Viergelenkketten

Neuerartiger kinematischer Ansatz

Bei einer neuen Leichtbaukinematik werden die Hauptachsen zwei und drei über sogenannte Viergelenkketten angetrieben. Die Bewegungs- und Kraftübertragung erfolgt also nicht direkt an den Roboterachsen, sondern indirekt. Die Antriebswellen und die eigentliche Roboterachse liegen nicht an der gleichen Position, was verschiedene Vorteile bietet.

Das Programm wird entweder live oder mittels Simulation erstellt, die visuelle Abung der Bewegungen verhindert Fehler und Kollisionen. (Bild: Fruitcore GmbH)

Das Programm wird entweder live oder mittels Simulation erstellt, die visuelle Abung der Bewegungen verhindert Fehler und Kollisionen. (Bild: Fruitcore GmbH)

Der Sechsachser mit dem eingängigen Namen ‚Horst‘ (Highly Optimized Robotic Systems Technology) verfolgt einen neuartigen kinematischen Ansatz auf Basis von Viergelenkketten. Deren Wirkungsweise wird durch den Vergleich mit Zahnradgetrieben ersichtlich. In einer Viergelenkkette entspricht die Kurbel dem kleinen und die Schwinge dem großen Zahnrad. Die Koppel verbindet Kurbel und Schwinge. Rotiert die Kurbel gleichförmig, entsteht an der Schwinge eine nicht lineare Drehbewegung. Damit bewegt sich an manchen Stellen die Schwinge schneller als an anderen. Die Kräfteübertragung verhält sich dazu analog. Bewegt sich die Schwinge langsam (große Übersetzung), wird mehr Kraft übertragen – weniger Kraft, wenn sich die Schwinge schneller bewegt (kleine Übersetzung). Durch dieses Wirkprinzip ist das Übersetzungsverhältnis im Gegensatz zu Zahnradgetrieben nicht-linear. Darüber hinaus leiten die Stäbe der Viergelenkketten Teile der Kräfte auf die Struktur ab, was eine hohe Systemsteifigkeit bei gleichzeitig geringer Masse bedeutet. Weil damit diese Masse nicht mitbewegt werden muss, lässt sich die Leistung der Antriebe sehr effizient nutzen. In Summe lassen sich mit Horst gleiche Leistungsdaten in Bezug auf Traglast, Reichweite und Dynamik mit vergleichsweise kleinen Antrieben erreichen.

Die Viergelenkketten ermöglichen eine hohe Kraftübertragung, wenn die Position des Roboters dies erfordert. (Bild: Fruitcore GmbH)

Die Viergelenkketten ermöglichen eine hohe Kraftübertragung, wenn die Position des Roboters dies erfordert. (Bild: Fruitcore GmbH)

Steuerung und Implementierung

Für die Programmiersoftware HorstFX sind keine speziellen Kenntnisse notwendig. Grafisch erzeugte Programme lassen sich automatisch in JavaScript-basierte, textuelle Codes wandeln. Fortgeschrittene können direkt textuell auch sehr komplexe Aufgaben lösen. Das Tool steuert über digitale I/Os ebenso angeschlossene Komponenten, wie Greifer oder sogar externe Maschinen. Die Software wurde für den mitgelieferten 13,3″-Touchscreen entwickelt, Anwender können sie aber auch auf Desktopcomputern betreiben und offline, fernab des Roboters, Programme erstellen. Die visuelle Abbildung der Bewegungen verhindert Fehler und Kollisionen. Anwender können einmal erstellte Programme jederzeit bearbeiten und einzelne Bausteine verschieben oder löschen. Außerdem ist es möglich, Daten für zusätzliche Werkzeuge und 3D-Objekte zu importieren.

Erweiterung der Steuerung durch Updates

Horst besitzt ein eigenentwickeltes Bussystem mit differenziellen Signalen, Schnittstellenerweiterungen sind einfach umsetzbar. Für eine zentrale Steuerung wurde ein eigenes Mainboard entwickelt. Es übernimmt die Regelung der sechs Achsgelenke in Echtzeit. Für die Positioniergenauigkeit im Bereich von ±0,05mm kommen optische Inkrementalgeber zum Einsatz. Alle sicherheitsrelevanten Signale werden gemäß PLd redundant ausgewertet und verarbeitet. Zudem bietet die eigenentwickelte Sicherheitssteuerung sichere I/Os zur Kommunikation mit Safety-Systemen wie Lichtschranken oder Laserscannern.

Neuerartiger kinematischer Ansatz



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