Die elektrische Antriebsregelung umfasst heute ­kompakte, hochintegrierte, effiziente und benutzerfreundliche Servo­antriebe für stationäre Roboter und Cobots oder für AGVs und AMRs. Gefragt sind daher Lösungen für die Integration von Motion Control in Bewegungsachsen.

Der Weg zu mehr Leistungsdichte für sichere Servoantriebe erforderte es, die Grenzen der im Smartphone-Design üblichen Mixed-Signal-Integration und High-Density-Interconnect-Technologie (HDI) zu erweitern und mit Erfahrung im Leistungsstufendesign zu kombinieren. Das Ergebnis sind ultrakompakte Designs, eine intelligente Steuerung der Wärmeableitung, eine gehäuselose EMV-Zertifizierung, die Unterbringung aller erforderlichen Funktionen in einem Gerät sowie hohe Leistungsdaten in einer realen, thermischen Integrationssituation.

Die jüngsten Entwicklungen im Motion-Control-Bereich setzen auf das Potenzial der Integration. Diskrete Komponenten, wie separate Servoantriebe, Positions-Feedback-Sensoren, Sicherheitsfunktionen und Bremsen, sind automatisch mit einem Overhead an Größe und Kosten verbunden. So müssen mechanische und elektrische Schnittstellen die Kompatibilität zwischen einer breiten Palette von Geräten sicherstellen. Hinzu kommt, dass die Interaktion zwischen den Geräten begrenzt ist. In den Servoantrieb integrierte Positionsgeber sparen Platz und Kosten. Zudem eröffnet der Zugriff auf mehr Daten durch die direkte Kopplung von Sensor-Lesekopf und Servoantriebs-CPU neue Möglichkeiten bei der Kalibrierung, so dass aus der kostengünstigen Encoder-Technologie eine High-End-Leistung resultieren kann.

Integrierte funktionale Sicherheit 

Servoantriebe müssen aber auch sicher sein. Alle Somanet-Produkte sind vollständig zer-tifiziert und erfüllen somit den Standard für sichere Applikationen wie Cobots und AGVs. Ziel ist es, Zeit, Kosten und Ressourcen beim Bau eines Roboter- oder Cobot-Arms zu sparen. Somanet Circulo umfasst als vollausgestattete Komplettlösung, mechanische Integration, integrierte Encoder, funktionale Sicherheit und weiteres in einem Gerät. Eine zeitgemäße Sicherheitszertifizierung (SIL3 PLe) steht für das Prinzip der absoluten Sicherheit bei Robotern und Cobots. Mit dem Einsatz von Somanet-Produkten sparen sich Roboter- und AGV-Hersteller langwierige Zertifizierungsprozesse und kostenintensive Eigenentwicklungen.         Die jüngste Lösung, die Synapticon in diesem Zusammenhang anbietet, ist eine vollständiges schlüsselfertiges KIT, das alles beinhaltet, was man zur Entwicklung eines modernen und sicheren AGVs benötigt, von der Software, den Rädern, Motoren, Getriebe, Software und Servoreglern bis zur Verkabelung. 

Mit SoC in Richtung humanoide Roboter

In Zukunft wird das Thema SoC (System-on-Chip) wichtiger, um aktuell auf Elektronik­ebene integrierte Motion-Systeme künftig auf Chipebene zu integrieren. Ziel ist es, Herstellern insbesondere in der Massenproduktion Entwicklungen möglichst einfach zu machen. So basieren einige E-Bike-Antriebe auf Somanet-Cores der ersten und zweiten Generation. Die Circulo-Serie nutzt die zweite Somanet-SoC-Generation, die neue Integro-Serie basiert auf der dritten Generation.

SoCs wie diese kommen bereits in Servicerobotern und künftig auch Humanoiden zum Einsatz. Branchenexperten sagen humanoiden Robotern ein enormes Wachstum voraus. Dies umfasst sowohl gehfähige als auch rollende und fest installierte Roboter. Zwei Arme und ein gewisses Maß an Sensorik für die Wahrnehmung definieren die boomende Kategorie der humanoiden Roboter.

Integrierte Sicherheitsfunktionen

Die Integration der Sicherheitsfunktionen zwischen dem Prozessormodul und dem Antriebsmodul ist ein weiteres Merkmal moderner Servotechnik. So kann die Sicherheitserweiterung sicherheitskritische Signale überwachen, generieren und empfangen, ohne dass die vorhandene Hardware geändert oder eine komplexe Verkabelung der Lösung vorgenommen werden muss.
Somanet Safe Motion umfasst eine Palette an SIL3 PLe-zertifizierten Sicherheits- und Safe-Motion-Funktionen wie STO, SBC, SS1, SS2, SLS, SLP, SLT, die über FSoE oder I/O verfügbar sind. Damit steht erstmals eine Servoantriebsplattform im Kleinspannungsbereich zur Verfügung, die ein breites Spektrum an Funktionen auf einem zeitgemäßen Sicherheitsleistungsniveau bietet. Die direkte Integration der Sicherheitsfunktionen in die Antriebe hat mehrere Vorteile:

• Es fällt weniger Verkabelungsaufwand an, da keine langen Encoder-Kabel oder herkömmlichen Sicherheitskomponenten erforderlich sind. 
• Das Entlasten des Sicherheitshandlings von der Sicherheits-SPS zu den einzelnen Antrieben ermöglicht eine schnellere Reaktion. 
• Aus schnelleren Energiezyklen resultieren sichere Modi ohne Unterbrechung der Stromversorgung. 
• Der Zugriff auf die Maschine im Sicherheitsmodus, ohne diese komplett herunterzufahren, erhöht die Produktivität. 
• Kosteneinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Sicherheitslösungen.

Bewegungsachsen neu definiert 

Bei moderner Motion Control geht es darum, die Welten von Software, Elektronik und Mechanik zu verbinden. Getriebe gehören nach wie vor zu den teuersten Komponenten in Hochleistungs-Motion-Control-Achsen, wie beispielweise den Gelenken von Industrie­robotern. Sie sind auch die Komponenten mit dem höchsten mechanischen Aufwand je Bewegungsachse. Robustheit, Zuverlässigkeit und Präzision werden heute im Wesentlichen durch den Produktionsaufwand erreicht.

Nach jahrzehntelanger Optimierung lassen sich maßgebliche Verbesserungen nur realisieren, wenn Anbieter bestehende Technologien in Frage stellen und über den Tellerrand hinausschauen. Dies ist der Punkt, an dem interdisziplinäre Fähigkeiten gefragt sind. Eine digitale Getriebesteuerungstechnologie, die sich hier etabliert, definiert die grundlegende Zusammensetzung von Bewegungsachsen neu. Das ermöglicht letztlich die dynamische Steuerung von Parametern, die bisher statisch waren.

Autor 
Jan Kaiser, Marketing Manager