antriebstechnik 6/2016

SPECIAL I AUTOMATION UND ROBOTIK
währleisten, haben die Ingenieure bei Servotronix
ein dynamisches Modell verwendet
und perfektioniert, dessen Ursprünge in der
wissenschaftlichen Forschung wurzeln.
Universell einsetzbares
Bewegungsmodell
Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Bewegungsmodell
bzw. sind Algorithmen, die den
Delta-Roboter beschreiben, wobei dies nur
einen Teil der Komplexität der Lösung widerspiegelt.
Das Modell ist universell einsetzbar.
Die tatsächlichen Parameterwerte variieren,
da Roboter sich hinsichtlich Größe
und Gewicht unterscheiden. Auch wenn
die Roboterkinematik gleich bleibt, ändern
sich die physikalischen Eigenschaften.
Selbst in ein und derselben Fertigungsserie
können sich geringfügige Unterschiede in
den physikalischen Eigenschaften der einzelnen
Roboter und damit in deren Leistung
ergeben.
Nach erfolgter Modellierung des Robo tersystems
müssen für die dynamischen Pa rameter
präzise Werte ermittelt werden. Servotronix
ist dies durch Entwicklung zusätzlicher
Algorithmen und einen auto mati sierten
Identifikationsprozess für kinematische und
dynamische Parameter gelungen. Während
einige Parameter, z. B. die geometrischen Abmessungen
der Roboterarme, leicht zu messen
und in die Formel einzubinden sind, werden
andere Parameter, u. a. der Massenschwerpunkt
jedes Roboterarms, dank der automatisierten
Parameteridentifikation bestimmt.
Im Verlauf des Identifikationsprozesses
wird der Roboter willkürlich bewegt. Dabei
werden die Werte der dynamischen Parameter
über die Servotronix-Identifikationsal gorithmen
bestimmt. Sowohl innere als auch
äußere Faktoren wie Form, Werkstoff und Reibung
fließen in die Berechnungen mit ein.
Ausregelzeit reduzieren
und Verschleiß erkennen
Nach dem Erfolg der modellbasierten Regelung
und Steuerung von Delta-Robotern
entwickelte Servotronix dynamische Modelle
auch für andere Robotertypen wie Scara-
Roboter, 4-Achsen-Linearroboter und den
5-Achsen-GSR-L (Galileo Sphere Robot
Light). Das Unternehmen erkannte, dass
die stetig steigenden Forderungen nach höherem
Durchsatz, schnelleren Geschwindigkeiten
und niedrigeren Kosten mithilfe
der dynamischen Modellierung erfüllt
werden konnten.
Durch Einsatz der dynamischen Modelle
konnten Kunden die Ausregelzeit reduzie­
ren und die trajektorenbasierte Bewegungsregelung
und -steuerung verbessern.
Ein Zusatznutzen dieser Lösung ist die
Ver schleiß erkennung auf Grundlage der
im Laufe der Zeit auftretenden Veränderungen
der mechanischen Parameter,
insbeson dere des Reibungskoeffizienten.
Die modellbasierte Regelung und Steuerung
ist nun ein integraler Bestandteil des
Mehrachs-Motion-Controllers SoftMC.
Seine Leistungsstärke basiert im Wesentlichen
auf einem Echtzeit-Motion-Bus­
System. Dank der EtherCAT-Lösung kann
der Mehrachs-Motion-Controller Antriebswerte
im Millisekundenrhythmus aktualisieren.
In jedem Muster sendet der Controller
an den Antrieb und empfängt vom
Antrieb Soll- bzw. Ist-Werte des Drehmoments
sowie Standard-Positions und Geschwindig
keitswerte. Der Controller ist in
der Regel mit dem Servoverstärker vom
Typ CDHD verbunden. Dieser kann so
konfiguriert werden, dass das benötigte
Drehmoment als zusätzlicher Wert, d. h.
zusätzlich zu dem vom Antrieb selbst berechneten
Drehmoment, empfangen wird.
Optimierung des
Roboterverhaltens
01 Umsetzung des dynamischen Modells
am 5-Achsen-GSR-L
02 Die Mehrachs-Motion-Controller
verfügen u. a. über eine modell basierte
Regelung und Steuerung sowie
Echtzeit-Motion-Bus EtherCAT
Wie am Beispiel des Delta-Roboters deutlich
wird, liegt der unmittelbare Nutzen der
modellbasierten Regelung und Steuerung in
der Kollisionserkennung und -vermeidung.
Das Ergebnis ist ein verbesserter Schutz der
Lasten, des Arbeitsbereichs und nicht zuletzt
der Mitarbeiter. Kraftsensoren werden
überflüssig. Dies vereinfacht die Systemauslegung
und spart Kosten.
Der bedeutendste Vorteil liegt jedoch in
einem verbesserten Roboterverhalten und
einer besseren Antriebsleistung. Die Bewegungsbahnen
werden stark optimiert,
da sich das zum Erreichen der vorgesehenen
Positionen erforderliche Drehmoment
präziser errechnen und regeln
bzw. steuern lässt. Der benötigte Strom
ist glatter, da er errechnet wird und
nicht einfach das Ergebnis einer Rückkopplungsschleife
ist. Dies verbessert
auch die Geschwindigkeits regelung und
reduziert Stromausschläge beziehungsweise
Stromspitzen.
Durch die Einschätzung der Drehmomente
und Kräfte, die während der Bewegung
auf den Roboter wirken, und die Vermeidung
übermäßig hoher Drehmomente,
kann die Robotergeschwindigkeit einfach
und sicher erhöht werden. Gleichzeitig
lassen sich Schwingungen und Ausregelzeiten
reduzieren. Abschließend ist festzuhalten,
dass die modellbasierte Regelung
und Steuerung schnellere und präzisere
Roboter bewegungen ermöglicht und den
Durchsatz steigert.
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