Die Verteilung der Robotertechnologie über verschiedene Sektoren hinweg schreitet mit der technologischen Entwicklung immer weiter voran. Die Ausbreitung der Robotik verbessert insbesondere die Effizienz, Sicherheit und Produktivität im Fertigungssektor, einschließlich industrieller Automatisierungsanwendungen. Trotzdem erleichtern Roboter auch das Leben in medizinischen Umgebungen, indem sie beispielsweise die Präzision in der Chirurgie optimieren, was das Patientenergebnis verbessern und die Genesung beschleunigen kann.
Diese Vielfalt an Anwendungen bedeutet, dass OEMs je nach Einsatzzweck des Roboters eine Reihe von Überlegungen bei der Konstruktion treffen müssen. Zentral für alle Roboter, unabhängig von der Anwendung, ist die Bewegungssteuerungstechnologie – Motoren, Getriebe und Rückmeldungsvorrichtungen, die Gliedmaßen, Gelenke und Endeffektoren antreiben. Die ultimativen Anforderungen an den Roboter haben erhebliche Auswirkungen auf die Auslegung des Bewegungssystems.
Das Bewegungsdesign erfordert nicht nur eine Bewertung der Technologie, die sich der Herausforderung am effizientesten stellen kann, sondern muss auch die kommerziellen Bedürfnisse des OEM erfüllen. Das bedeutet, dass sich das Bewegungssystem optimal in das Gesamtdesign des Roboters integrieren und gleichzeitig eine einfache Montage und die Einhaltung der Vorschriften gewährleisten muss.
Herausforderungen bei der Entwicklung von Bewegungssteuerungen
Die Berechnung der Arbeitspunkte ist der erste Schritt für Ingenieure bei der Entwicklung elektromechanischer Lösungen. Die Bestimmung von Drehmoment-, Radial- und Axiallasten sind kritische Faktoren, die das Bewegungssystem erreichen muss. Doch neben diesen grundlegenden Anforderungen sind auch die kinematischen Anforderungen eines Roboters von entscheidender Bedeutung. Zum Bewegungsprofil des Geräts gehört wie sanft, reaktionsschnell und präzise diese Bewegung sein soll – alles Faktoren, die sich aus der Leistung des Bewegungssteuerungssystems ergeben.
Entscheidend für die dynamische Leistung eines Roboters ist seine Miniaturisierung. Ein kompaktes, leichtes System mit geringer Trägheit ermöglicht ein schnelles Ansprechverhalten und eine geringe Masse verbessert den Wirkungsgrad. Darüber hinaus ist ein Mikrobewegungssystem aufgrund der Anforderungen an die Gesamtfläche unerlässlich. Um den Eigenschaften vieler Roboter und den Umgebungen, in denen sie arbeiten, gerecht zu werden, müssen diese Bewegungssysteme in begrenzten Räumen Platz finden – und sich nahtlos in andere Komponenten integrieren lassen. Auch wenn diesen Anforderungen entsprochen wird, muss das Bewegungssystem immer noch die erforderlichen Betriebspunkte und das gewünschte Bewegungsprofil erfüllen.
Neben diesen Anforderungen ist auch die Zuverlässigkeit von größter Bedeutung. Herausforderungen bei der Wartung oder Störungen in einer industriellen Automatisierungsumgebung können Ausfallzeiten bedeuten In einer medizinischen Umgebung kann die Zuverlässigkeit jedoch die menschliche Sicherheit beeinflussen. Die Miniaturisierung des Bewegungssystems erhöht die Komplexität, wenn man die Anforderungen des Wärmemanagements berücksichtigt. Zudem müssen Ingenieure die Kompatibilität von Komponenten, Arbeitspunkte einschließlich Überlast und Dauerbetrieb sowie andere potenzielle Fehlermodi mit einbeziehen. Die Betriebsumgebung ist auch von Bedeutung für die Zuverlässigkeit, unter Berücksichtigung von Hitze (oder Kälte) und der Möglichkeit des Eindringens von Verschmutzungen. Daher muss die Auslegung des Bewegungssystems einen angemessenen Schutz gewährleisten.
Vom Konzept bis zur Fertigung
Erst nachdem viel Zeit und Mühe in die Erforschung dieser Aspekte investiert und ein Konzept entwickelt wurde, kann ein Entwurf erstellt werden, um eine einfache Herstellung zu bestätigen. Doch der Prozess von der Konzeption eines Bewegungssystems zu einem System, das in der Fertigung eingesetzt werden kann, ist ein bedeutender Schritt. Die Notwendigkeit, technische Eigenschaften und zuvor ausgewählte Komponenten oder sogar die Materialauswahl zu revidieren oder zu ändern, kann zu Hindernissen führen, die die Projektentwicklung erheblich verlängern.
Um die Herausforderungen des Übergangs vom Prototyp zur Serienproduktion zu minimieren, ist es von entscheidender Bedeutung, die Anforderungen an die Konstruktion des Bewegungssystems bereits in einem möglichst frühen Stadium zu priorisieren. Dies reicht von der grundsätzlichen Abstimmung der Drehmomentleistung mit dem Wärmemanagement und den Anforderungen an die Stellfläche bis hin zu Überlegungen zur langfristigen Zuverlässigkeit, die die Wahl von Motortechnologie und Werkstoffen einschließen. Darüber hinaus müssen alle diese Überlegungen mit den kommerziellen Anforderungen vereinbar sein.
Dieser Balanceakt kann mit der Unterstützung eines erfahrenen Partners, der diese Herausforderungen versiert meistert, weniger belastend sein. Darüber hinaus kann ein Bewegungsexperte auf kritische Faktoren hinweisen, die zuvor nicht berücksichtigt wurden und die sich zu einem späteren Zeitpunkt auf die Umsetzung des Projekts auswirken könnten – wodurch sich möglicherweise der Zeit- und Kostenaufwand für Nacharbeiten erheblich reduzieren lässt.
Expertise im Bereich Motion Engineering einbeziehen
Durch die Zusammenarbeit mit Experten für Bewegungssteuerung, die vielfältige, anwendungsspezifische Lösungen anbieten, und durch das Verständnis für Herstellungsmethoden und die Kenntnis der wirtschaftlichen Herausforderungen können Roboterentwickler den passenden Weg für die Bewegungsentwicklung finden. Dies kann auch die Wahl zwischen kommerziellen Standardlösungen (Commercial-Off-The-Shelf, COTS) und einer individuellen Anpassung beinhalten. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Unterstützung durch einen engagierten Bewegungsexperten ist der technische Support, der während des gesamten Entwicklungsprozesses zur Verfügung steht, um maximale Zuverlässigkeit und Integration zu gewährleisten.
Angesichts der vielfältigen Möglichkeiten bei der Entwicklung von Roboterbewegungen ist es unerlässlich, über die Parameter Drehzahl und Drehmoment drüber hinauszudenken. Das Bewegungssystem wirkt sich nicht nur direkt auf die Leistungsfähigkeit des Roboters aus, sondern hat auch starke Folgen für seine langfristige Zuverlässigkeit.
Besonders bei der Umsetzung des optimalen Konzepts in die Realität kann Fachwissen von entscheidender Bedeutung sein. Durch die Zusammenarbeit mit einem engagierten Motion Engineering-Team ist es wahrscheinlicher, dass eine tragfähige kommerzielle Lösung, die in einem viel engeren Zeitrahmen entwickelt wurde, erreicht wird. Idealerweise sollte diese Beziehung zwischen Roboter-OEM und Bewegungsentwickler so früh wie möglich in der Projektphase starten, um das Ergebnis zu optimieren.
