Podjetji Murrelektronik in Danfoss postavljata nova merila na področju avtomatizacije robotov

Decentralizirano servokrmiljenje omogoča prilagodljivo in kompaktno avtomatizacijo z roboti

Murrelektronik je globalni ponudnik avtomatizacijskih in inštalacijskih rešitev, ki se osredotoča predvsem na decentralizirane sistemske arhitekture. Ker proizvajalci strojev iščejo bolj prilagodljive alternative tradicionalnim robotskim arhitekturam, ki temeljijo na električnih omaricah, si je podjetje zastavilo cilj, da bo ubralo drugačen pristop. Murrelektronik je skupaj s podjetjem Danfoss razvil robotski koncept, ki prikazuje, kako je mogoče robotiko vključiti v decentralizirano arhitekturo avtomatizacije. Podjetje autonox Robotics je nudilo podporo na področjih mehanike in zagona.

 

Izziv: razširitev decentralizirane avtomatizacije na robotiko

V okviru svoje avtomatizacijske platforme Vario-X je podjetje Murrelektronik želelo razviti primer uporabe, ki bi ponazoril, kako je mogoče načela decentralizirane avtomatizacije razširiti na robotiko z uporabo v stroje vgrajene industrijske robotike in servopogonov. Sistem Vario-X je bil razvit z namenom, da bi krmiljenje, distribucijo električne energije ter vhodno-izhodne vmesnike približal stroju, s čimer ponuja modularno alternativo na ravni terena v primerjavi s tradicionalnimi arhitekturami avtomatizacije, ki temeljijo na omaricah. Cilj je bil proizvajalcem strojev in sistemskim integratorjem ponuditi praktično referenco za prihodnje modularne konstrukcije strojev.

Tradicionalni industrijski robotski sistemi običajno temeljijo na centraliziranih arhitekturah, pri katerih sta krmilnik robota in servopogoni nameščeni v eni električni omarici. Pri običajni centralizirani servo rešitvi vsak motor potrebuje lastne priključke za napajanje in povratne signale, zaradi česar so potrebna zapletena ožičenja in dolgi kabli med servopogoni in motorji. To poveča zahtevnost namestitve, zahteva več prostora v stikalni omarici in lahko omeji prilagodljivost pri modularni izdelavi strojev.

Da bi lahko ta koncept prenesli v prakso, je podjetje Murrelektronik potrebovalo pogonsko rešitev, ki omogoča decentralizirano namestitev neposredno na robotu ter hkrati zagotavlja natančnost, varnost in komunikacijske zmogljivosti, potrebne za robotske aplikacije. Za glavni izziv se je izkazalo iskanje platforme, ki bi vse te zahteve združevala v eni sami rešitvi.

 

Rešitev: decentralizirani servopogoni, ki so nameščeni neposredno na robotu

Podjetje Murrelektronik je za ta projekt kot platformo za gibanje izbralo VLT® FlexMotion™ ter pri razvoju koncepta sodelovalo s podjetjem Danfoss, pri mehanski izvedbi pa s podjetjem autonox Robotics. Rešitev je bila predstavljena na 6-osnem industrijskem robotu, ki je zasnovan za uporabo pri ravnanju z materiali, montaži, doziranju in varjenju.

Ena od ključnih zahtev je bila, da se najde decentralizirana servo platforma, ki se lahko namesti neposredno na robota in hkrati zagotavlja napredno krmiljenje gibanja, funkcionalno varnost ter odprto komunikacijo. Po navedbah podjetja Murrelektronik se je ponudba servomehanizmov podjetja Danfoss odlikovala po tem, da je te zahteve združila v eni sami rešitvi.

"Preučili smo trg v iskanju decentralizirane servo rešitve in VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 se je odlično ujemal z našim konceptom." Za sodobne robotske aplikacije funkcija "Safe Torque Off" sama po sebi ni zadostna. "Potrebujemo napredne in varne premične funkcije, ki nam omogočajo združevanje prilagodljivosti, produktivnosti in varnosti strojev."

Marco Bosch, globalni vodja oddelka za razvoj rešitev, Murrelektronik

 

Podjetje Danfoss je dobavilo pogonsko tehnologijo iz ponudbe VLT® FlexMotion™, med drugim integrirani servopogon VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520, napajalni modul VLT® Power Supply Module PSM 520 ter integrirano dodatno kartico "Decentral Access Module" (DAM), ki zagotavlja centralno napajanje za decentralizirane pogone – skupaj s hibridnimi kabli. Te komponente so skupaj omogočile visoko natančno in dinamično krmiljenje gibanja, potrebno za uporabo v robotiki, hkrati pa podprle cilj podjetja Murrelektronik, da pri avtomatizaciji robotov prikaže decentralizirano arhitekturo in zmanjša prostor, potreben v stikalni omarici.

VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 združuje servopogon in servomotor v eni kompaktni enoti. Ker so servopogoni nameščeni neposredno na robotski roki, ta rešitev odpravlja potrebo po običajnih servo namestitvah v omaricah in omogoča popolnoma decentralizirano arhitekturo stroja z verižno kabelsko povezavo. Krmiljenje gibanja je vgrajeno v pogon, in zahvaljujoč preprosti povezavi je podjetje Murrelektronik rešitev podjetja Danfoss brez težav vključilo v svoje razvojno okolje.

Brezšivna integracija v okolje PLC podjetja Murrelektronik je prispevala k poenostavitvi integracije sistema in omogočila hitrejši zagon, kar je olajšalo validacijo koncepta.

"Čeprav ima konceptna študija mehanizem z zgibnim ročajem, se načelo verižne kabelske povezave v polni meri izkaže šele pri delta kinematiki." Po mnenju podjetja autonox kombinacija vzporedne mehanike in pogonske tehnologije, ki je neločljivo povezana z načelom verižne kabelske povezave, poudarja jasen trend v smeri decentraliziranih arhitektur: integrirani servopogoni, zmanjšano število hibridnih kablov in odprti vmesniki omogočajo izjemno dinamično zmogljivost ter hkrati znatno zmanjšujejo stroške integracije in vzdrževanja.

Julien Schuhler, vodja oddelka za raziskave in razvoj pri podjetju autonox Robotics

 

Ponudba VLT® FlexMotion™ se je izkazala za izjemno in je bila izbrana zaradi več ključnih prednosti:

1. Decentralizirani servopogon, ki omogoča neposredno vgradnjo servomotorjev v stroj in s tem zmanjša prostor, potreben za namestitev v stikalni omarici
2. Visoko natančno in dinamično krmiljenje gibanja, kakršno je potrebno za robotske aplikacije
3. Pregledno in minimalno ožičenje zahvaljujoč konceptu verižne kabelske povezave
4. Odprta komunikacija, ki podpira več industrijskih protokolov, ter nov pristop k decentralizaciji
5. Vgrajene napredne varnostne funkcije in vgrajene varnostne zavore, ki zagotavljajo varnost operaterja in hkrati zmanjšujejo kompleksnost sistema
6. Kompaktni pogoni, ki omogočajo neposredno montažo na robotsko roko
7. Široka ponudba z velikim izborom velikosti servopogonov in različic navora motorja za vsako os robota
8. Močna podpora modularni in prilagodljivi arhitekturi strojev
9. Moduli iz silicijevega karbida (SiC) za optimalno toplotno učinkovitost in zmogljivost

 

Tesno tehnično sodelovanje

Pri tem ni šlo za običajno robotska namestitev, temveč za strateški projekt preverjanja, katerega cilj je bil predstaviti nov pristop k robotski arhitekturi.

V obdobju šestih mesecev so podjetja Murrelektronik, autonox Robotics in Danfoss združila svoja strokovna znanja na področjih decentralizirane avtomatizacije, robotike in krmiljenja gibanja, da bi razvili popolnoma delujočo robotsko platformo. Tesno tehnično sodelovanje med tremi partnerji je bilo ključnega pomena za to, da je koncept deloval tudi v praksi.

"Z združitvijo naših servopogonov VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 ter strokovnega znanja podjetij Murrelektronik in autonox Robotics smo ustvarili revolucionarno robotsko rešitev, ki zmanjša prostorske zahteve naprave na minimum. Zelo mi je pomembno, da vzpostavljam močna partnerstva, ki rešujejo težave strank in na novo opredeljujejo meje možnega na področju avtomatizacije. "Skupaj ne prodajamo le komponent, temveč ustvarjamo prihodnost strojegradnje."

Christian Schröder, vodja globalnega razvoja poslovanja, Motion Drives pri podjetju Danfoss

 

Rezultat: prilagodljiv koncept za arhitekturo robotske avtomatizacije

 

Projekt je privedel do preizkušene in popolnoma delujoče kompaktne decentralizirane arhitekture avtomatizacije, ki predstavlja praktično referenčno rešitev za proizvajalce strojev, proizvajalce originalne opreme (OEM) in sistemskih integratorjev, ki se ukvarjajo z decentraliziranimi koncepti strojev. S premestitvijo servopogonov neposredno na robota in opustitvijo servopogonov v stikalni omarici je ta rešitev zmanjšala prostor, potreben v stikalni omarici, za 60 %. Koncept verižne kabelske povezave je dodatno skrajšal dolžino kablov za do 80 %, kar je prispevalo k znižanju stroškov ožičenja in hkrati omogočilo preglednejšo in kompaktnejšo arhitekturo stroja.

ISD® 520 podpira večino običajnih industrijskih komunikacijskih protokolov, kar olajša integracijo v številna avtomatizacijska okolja in omogoča hiter ter enostavni zagon.

Vse te zmogljivosti skupaj kažejo, kako lahko decentralizirano krmiljenje gibanja proizvajalcem strojev pomaga zmanjšati kompleksnost, povečati prilagodljivost in razširiti decentralizirane arhitekture strojev na področje robotike.

 

Avtor: Danfoss