DER KONSTRUKTEUR 6/2016

ROBOTIK I SPECIAL
Mechatronik
in Reinkultur
Ansteuerung von Achsen in der Robotik
Urs Kafader
Robotik ist in der industriellen Automation schon lange ein zentrales
Thema, und mit der Service-Robotik werden Roboter in Zukunft auch
zunehmend Aufgaben außerhalb der Fabriken übernehmen. Gemeinsam
ist allen das enge Zusammenspiel von Mechanik, Elektronik und Software.
Im Folgenden erfahren Sie, was bei der Auslegung und Ansteuerung von
Achsen in der Robotik zu beachten ist.
Wie findet man geeignete Antriebskomponenten
für die Robotik? Nun,
grundsätzlich folgt man der gleichen Logik
wie bei allen Anwendungen. In der Robotik
haben aber mechatronische Aspekte einen
Dr. rer. nat. Urs Kafader,
maxon motor, Sachseln (CH)
speziell hohen Stellenwert: Aktuatoren,
Sensorik, Mechanik und Elektronik – alle
verbunden mit einer geeigneten Programmierung.
Regelungstechnisch gilt es meist
ein Mehrachssystem zu koordinieren. Der
Grad an Koordination und Synchronisation
ist dabei abhängig von der konkreten Aufgabe
und der geforderten Dynamik. Wichtig
ist die Balance zwischen Modularisierung
und zentraler Koordination der Achsen.
Motoren und mechanische
Aspekte
Arm- oder Beinprothesen sind typische
Beispiele für mechatronische Systeme. Die
eingesetzten Motoren können ganz unterschiedlichen
Zwecken dienen: der Bewegung
eines Greifers, eines einzelnen
Fingers oder der Bewegung eines ganzen
Arms oder Beins. Der Motor am Schultergelenk
muss relativ stark und groß sein, während
die Motoren in der Hand klein und
leicht sein sollten, um Gewicht und Massenträgheit
zu sparen. Die Auswahl des Motors
richtet sich nach dem benötigten Drehmoment
und der Dynamik der Anwendung.
Dabei ist die Dynamik weniger eine Frage
der Rotationsgeschwindigkeit als des Beschleunigungsvermögens,
d.h. des Verhältnisses
von Drehmoment zu Massenträgheit.
Regelungstechnisch hat die verwendete
Mechanik einen großen Einfluss. Einerseits
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