A Murrelektronik és a Danfoss új korszakot teremt a robotautomatizálásban

A decentralizált szervovezérlés rugalmas, kompakt robotautomatizálást tesz lehetővé

A Murrelektronik az automatizálási és értékesítési technológiák globális szolgáltatója, amely kiemelt figyelmet fordít a decentralizált rendszerarchitektúrákra. Mivel a gépgyártók a hagyományos, kapcsolószekrény-alapú robotarchitektúrák helyett egyre inkább a rugalmasabb alternatívákat keresik, a vállalat egy ettől eltérő megközelítés kidolgozását tűzte ki céljául. A Danfoss vállalattal közösen a Murrelektronik olyan robotikai koncepciót fejlesztett ki, amely megmutatja, hogyan integrálható a robotika egy decentralizált automatizálási architektúrába. Az autonox Robotics vállalat a mechanika és az üzembe helyezés területén nyújtott támogatást.

A kihívás: A decentralizált automatizálás kiterjesztése a robotikára

A Vario-X automatizálási platform keretében a Murrelektronik egy olyan alkalmazási példát kívánt kifejleszteni, amely szemlélteti, hogyan terjeszthetők ki a decentralizált automatizálás elvei a robotikára a gépbe integrált ipari robottechnológia és szervohajtások alkalmazásával. A Vario-X azért került kifejlesztésre, hogy a vezérlést, az áramelosztást és a bemeneteket/kimeneteket közelebb vigyék a géphez. Ezáltal a terepi szinten kínál moduláris alternatívát a hagyományos, kapcsolószekrény-alapú automatizálási architektúrákkal szemben. A kezdeményezés célja az volt, hogy a gépgyártók és rendszerintegrátorok számára egy gyakorlati útmutatót és referenciát nyújtson a jövőbeli moduláris géptervezési koncepciókhoz.

A hagyományos ipari robotrendszerek általában központosított architektúrán alapulnak, ahol a robotvezérlés és a szervohajtások egy kapcsolószekrényben kapnak helyet. Egy ilyen hagyományos, központosított szervomegoldásnál minden egyes motorhoz saját táp- és visszacsatoló csatlakozásra van szükség, ami bonyolult kábelezéshez, valamint a szervohajtások és a motorok közötti hosszú kábelekhez vezet. Ez bonyolultabb telepítést eredményez, nagyobb helyet igényel a kapcsolószekrényben, és korlátozhatja a rugalmasságot a moduláris gépgyártás során.

A koncepció gyakorlati megvalósításához a Murrelektroniknak egy olyan hajtásmegoldásra volt szüksége, amely lehetővé teszi a közvetlenül a robotra történő, decentralizált telepítést, miközben biztosítja a robotalkalmazásokhoz szükséges precizitást, biztonságot és kommunikációs képességet. A projekt legfőbb kihívásának az bizonyult, hogy mindezen elvárásokat egyetlen platformba integrálják.

A megoldás: Közvetlenül a robotra szerelt, decentralizált szervohajtások

A Murrelektronik a VLT® FlexMotion™ platformot választotta a projekt mozgásvezérlési alapjául. A koncepció kidolgozásán a Danfoss vállalattal, míg a mechanikai megvalósításon az autonox Robotics csapattal dolgozott együtt. A megoldást egy 6 tengelyes ipari roboton mutatták be, amelyet olyan alkalmazásokhoz terveztek, mint az anyagmozgatás, az összeszerelés, az adagolás és a hegesztés.

Alapvető elvárás volt egy olyan decentralizált szervoplatform, amely közvetlenül a robotra szerelhető, miközben fejlett mozgásvezérlést, funkcionális biztonságot és nyílt kommunikációt biztosít. A Murrelektronik elmondása szerint a Danfoss szervokínálata pontosan azzal tűnt ki, hogy ezeket a követelményeket egyetlen megoldásban egyesítette.

„Alaposan feltérképeztük a piacot egy decentralizált szervomegoldás után kutatva, és a VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 tökéletesen illett a koncepciónkba. A korszerű robottechnikai alkalmazások esetében a „Safe Torque Off” (biztonságos nyomatéklekapcsolás) funkció önmagában már nem elegendő. Olyan korszerű, biztonságos mozgásfunkciókra van szükségünk, amelyekkel zökkenőmentesen összehangolható a rugalmasság, a produktivitás és a berendezések üzembiztonsága.”

Marco Bosch, a Murrelektronik globális rendszermérnöki igazgatója

A Danfoss a VLT® FlexMotion™ portfólióból biztosította a hajtástechnikát, beleértve a VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 integrált szervohajtást, a VLT® Power Supply Module PSM 520 tápegységmodult, valamint a beépített „Decentral Access Module” (DAM) opciós kártyát, amely a hibrid kábelekkel együtt központi áramellátást biztosít a decentralizált hajtások számára. Ezek a komponensek együttesen tették lehetővé a robotikai alkalmazáshoz szükséges nagy pontosságú és dinamikus mozgásvezérlést. Ezzel párhuzamosan támogatták a Murrelektronik azon célját, hogy bemutassa a decentralizált architektúrát és a kapcsolószekrény csökkentett helyigényét a robotautomatizálásban.

A VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 egyetlen kompakt egységben egyesíti a szervohajtást és a szervomotort. Mivel a szervohajtások közvetlenül a robotkaron helyezkednek el, a megoldás feleslegessé teszi a hagyományos, kapcsolószekrény-alapú szervotelepítéseket, és a Daisy-Chain kábelezés révén egy teljesen decentralizált géparchitektúrát tesz lehetővé. A mozgásvezérlés magába a hajtásba van integrálva, a könnyű csatlakoztathatóságnak köszönhetően pedig a Murrelektronik gond nélkül be tudta építeni a Danfoss megoldását a saját fejlesztői környezetébe.

A Murrelektronik PLC-környezetébe történő zökkenőmentes integráció hozzájárult a rendszerintegráció leegyszerűsítéséhez, és gyorsabb üzembe helyezést tett lehetővé, ami megkönnyítette a koncepció validálását.

„Bár a koncepciótanulmány egy csuklókaros mechanizmust mutat be, a Daisy-Chain elv a delta-kinematikánál mutatkozik meg igazán. Az autonox szemszögéből a Daisy-Chain elvben rejlő párhuzamos mechanika és hajtástechnika kombinációja egyértelműen hangsúlyozza a decentralizált architektúrák felé mutató trendet: az integrált szervohajtások, a csökkentett hibrid kábelezés és a nyílt interfészek kimagasló dinamikus teljesítményt tesznek lehetővé, miközben jelentősen csökkentik az integrációs és karbantartási költségeket.”

Julien Schuhler, az autonox Robotics kutatási és fejlesztési igazgatója

A VLT® FlexMotion™ portfólió kiemelkedett a mezőnyből, és több döntő fontosságú előnyének köszönhetően esett rá a választás:

1. Decentralizált szervohajtás, amely lehetővé teszi a szervomotorok közvetlen beépítését a gépbe, ezáltal csökkentve a kapcsolószekrényben szükséges telepítési helyet
2. Rendkívül precíz és dinamikus mozgásvezérlés, amely elengedhetetlen a robotikai alkalmazásokhoz
3. Átlátható és minimális kábelezés a Daisy-Chain koncepciónak köszönhetően
4. Többféle ipari protokollt támogató nyílt kommunikáció, valamint egy újszerű decentralizációs megközelítés
5. Beépített korszerű biztonsági funkciók és integrált biztonsági fékek, amelyek szavatolják a kezelő biztonságát, miközben csökkentik a rendszer bonyolultságát
6. Kompakt hajtások, amelyek lehetővé teszik a közvetlen felszerelést a robotkarra
7. Széles portfólió szervohajtás-méretek és motor-nyomatékváltozatok gazdag választékával, minden egyes robottengelyhez igazodva
8. A moduláris és rugalmas géptervezési koncepciók hatékony támogatása
9. Szilícium-karbid (SiC) modulok az optimalizált termikus hatásfok és teljesítmény érdekében

Szoros műszaki együttműködés

Ebben az esetben nem egy szokványos robottelepítésről volt szó, hanem egy stratégiai validációs projektről, amelynek célja a robotikai architektúra egy új megközelítésének bemutatása volt.

Egy hathónapos időszak során a Murrelektronik, az autonox Robotics és a Danfoss egyesítette szakértelmét a decentralizált automatizálás, a robotmechanika és a mozgásvezérlés területén, hogy kifejlesszenek egy teljesen működőképes robotikai platformot. A három partner közötti szoros műszaki együttműködés kulcsfontosságú volt ahhoz, hogy a koncepció a gyakorlatban is működjön.

„A VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 szervohajtásaink, valamint a Murrelektronik és az autonox Robotics szakértelmének ötvözésével egy olyan forradalmi robotikai megoldást hoztunk létre, amely a minimálisra csökkenti a berendezés helyigényét. Kiemelten fontos számomra olyan szilárd partnerségek kialakítása, amelyek hatékony megoldást nyújtanak az ügyfelek problémáira, és új távlatokat nyitnak az automatizálási technológiák előtt. Közösen nem csupán alkatrészeket értékesítünk, hanem a gépgyártás jövőjét hozzuk el.”

Christian Schröder, a Danfoss hajtástechnikai részlegének globális üzletfejlesztési igazgatója

Az eredmény: Egy skálázható koncepció a robotautomatizálási architektúrához

A projekt egy kipróbált és teljesen működőképes, kompakt, decentralizált automatizálási architektúrát eredményezett, amely gyakorlati referenciamegoldást nyújt a decentralizált gépkoncepciókkal foglalkozó gépgyártók, OEM-gyártók és rendszerintegrátorok számára. A szervohajtások közvetlenül a robotra történő áthelyezésével és a kapcsolószekrényben lévő szervohajtások elhagyásával a megoldás 60%-kal csökkentette a kapcsolószekrény helyigényét. A Daisy-Chain kábelezési koncepció ráadásul akár 80%-kal is lerövidítette a kábelhosszt, ami hozzájárult a kábelezési költségek csökkentéséhez, miközben átláthatóbb és kompaktabb géparchitektúrát hozott létre.

Az ISD® 520 a legtöbb elterjedt ipari kommunikációs protokollt támogatja, ami megkönnyíti a beépítését a legkülönbözőbb automatizálási környezetekbe, és gyors, egyszerű üzembe helyezést tesz lehetővé.

Ezek a képességek együttesen hűen szemléltetik, hogyan segíthet a decentralizált mozgásvezérlés a gépgyártóknak a komplexitás csökkentésében, a rugalmasság növelésében, valamint a decentralizált géparchitektúrák robotikára történő kiterjesztésében.

Szerző: Danfoss