Motorentrends für fortschrittliche Roboteranwendungen

Neuer Drive für die Robotik

Kompakt- und Leichtbauroboter bewegen sich mithilfe von Miniaturmotoren. Von daher beruhen Weiterentwicklungen in der Robotik in großen Teilen auf technischen Fortschritten des Motordesigns. Der folgende Beitrag erläutert die wichtigsten Trends in der Entwicklung von solchen Miniaturmotoren.
robotic arm catch for electronic assembly line. The robot for smart technology manufacturing process.
robotic arm catch for electronic assembly line. The robot for smart technology manufacturing process.Bild: Portescap S.A.

Roboter werden in einem immer breiteren Anwendungsspektrum eingesetzt, das von chirurgischen Eingriffen bis hin zu Logistikanwendungen reicht. Ungeachtet der Spezialisierung sind jedoch alle Roboter auf die Entwicklung entsprechender Miniaturmotoren angewiesen. Fortschritte in der Robotik hängen somit unmittelbar von Fortschritten in der Motorentechnik ab.

Bild: Portescap S.A.

Mobilität und Platzbedarf

Mobilität und Kompaktheit zählen zu den Grundanforderungen im Roboterdesign, insbesondere bei kollaborativen Robotern (Cobots). Um die Fertigkeiten einer menschlichen Hand adäquat nachbilden zu können, müssen die Antriebsmotoren eine hohe Leistungsdichte in einem kleinen, leichten Format liefern. Kompaktes Format und geringes Gewicht bei einer höheren Leistungsdichte als herkömmliche DC-Bauarten: Das sind die elementaren Vorteile bürstenloser DC-Motoren (BLDC). Nutenlose BLDC-Motoren erfüllen in Kombination mit effizienten Planetengetrieben diese Spezifikation und lassen sich gut in typische Roboterformate mit ihren knappen Einbauräumen integrieren.

Die wesentlichen Kriterien für Roboter in Anwendungen wie der Fertigungsautomatisierung sind Tempo und Präzision. Aufgrund ihres sehr geringen Trägheitsmoments sind eisenlose DC-Motoren und Scheibenmagnet-Schrittmotoren gut für Pick&Place-Anwendungen geeignet, weil sie ständige schnelle Änderungen der Beschleunigung und Verzögerung ermöglichen. In gleicher Weise profitieren Anwendungen wie Kamerasysteme, die eine dynamische und dennoch ruckfreie Steuerung erfordern, von der Eliminierung des Rastmoments. Auch hierfür sind nutenlose BLDC-Motoren eine gute Wahl.

Die Mobilität vieler Roboteranwendungen hängt von der Batterieleistung ab. Insofern ist die Energieeffizienz ein weiterer wesentlicher Faktor. Eisenlose, bürstenbehaftete DC-Motoren erreichen Wirkungsgrade von bis zu 90 Prozent und werden dort eingesetzt, wo es auf lange Roboterlaufzeiten ankommt. Für Anwendungen mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl kommt es außerdem darauf an, dass das Getriebe effizient und auf den Motor abgestimmt ist.

 Aufgrund ihres extrem geringen Trägheitsmoments sind eisenlose DC-Motoren und Scheibenmagnet-Schrittmotoren gut für Pick&Place-Anwendungen in der Fertigungsautomatisierung geeignet.
Aufgrund ihres extrem geringen Trägheitsmoments sind eisenlose DC-Motoren und Scheibenmagnet-Schrittmotoren gut für Pick&Place-Anwendungen in der Fertigungsautomatisierung geeignet.Bild: Portescap S.A.

Widerstandsfähigkeit und lange Lebensdauer

Ein entscheidender Vorteil von Robotern ist, dass sie in Umgebungen und unter Bedingungen eingesetzt werden können, die der Mensch nicht ertragen kann oder möchte. Überwachung und Kontrollgänge für Industriepipelines, Hochspannungsübertragungsnetze oder gar Kriegsschauplätze setzen voraus, dass die entsprechenden Roboter mit Miniaturmotoren arbeiten, die den härtesten Umgebungsbedingungen standhalten können.

Schutz vor extremen Temperatur- und Druckbelastungen ist darüber hinaus auch für Anwendungen in der Medizin erforderlich, wo chirurgische Roboter im Autoklaven sterilisiert werden. Die Robotermotoren müssen hoch belastbar sein; die Einbettung von Motorkomponenten in Epoxidharz macht sie widerstandsfähig und verlängert die Lebensdauer des Roboters.

 Die kundenspezifische Anpassung von Miniaturmotoren in der Robotik ist ein eindeutiger Trend. Die maßgeschneiderte Auslegung gewährleistet, dass alle speziellen Anforderungen an Präzision, Wirkungsgrad und Platzbedarf erfüllt werden.
Die kundenspezifische Anpassung von Miniaturmotoren in der Robotik ist ein eindeutiger Trend. Die maßgeschneiderte Auslegung gewährleistet, dass alle speziellen Anforderungen an Präzision, Wirkungsgrad und Platzbedarf erfüllt werden.Bild: Portescap S.A.

Sicherheit und Produktivität

Was Roboter angeht, so sind Sicherheit und Produktivität zwei Seiten derselben Medaille: Eine ungenaue Steuerung kann zu Personenschäden führen, sei es im Operationssaal oder in der Fabrikhalle. Umgekehrt bedeutet jeder Maschinenstillstand infolge einer Sicherheitsverletzung potenzielle Produktmängel und Produktionsausfall. Roboter sind daher stets auf hochpräzise Feedbackgeräte angewiesen, die den eigenen Schutz und denjenigen ihrer unmittelbaren Umgebung gewährleisten.

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