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Biegsam wie eine Schlange, vielseitig wie ein Roboter - Technische

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Konstruktion und Engineering | Antriebstechnik
Technische Rundschau 4/2013
Biegsam wie eine Schlange,
vielseitig wie ein Roboter
Roboterschlangen für komplizierte Fälle: Sie winden
sich wie Schlangen durch gefährliche Anlagen
genauso wie durch dunkle Kanäle. Die mehrglied­
rigen Roboterschlangenarme der britischen
OC Robotics können bis zu 10 m lang oder nur
12,5 mm dick sein. Ihre erstaunlich präzisen Bewe­
gungen verdanken sie Motoren von Maxon.
Vielseitig: Der Roboterschlangenarm dieser
beweglichen Raupe ist 2,5 m lang und kann
bis zu 25 kg Gewicht tragen. (Bilder: Maxon)
(pi) Das in Bristol (Grossbritannien) ansässige Unternehmen OC
Robotics hat sich das Vorbild aus
der Tierwelt zum Beispiel genommen und den «Snake-arm-robot»
entwickelt. Geschäftsführer Rob
Buckingham und der technische
Direktor Andrew Graham schufen
den ersten Prototypen im Jahr 2001.
Bis heute haben sie die Technik des
Schlangenarmroboters immer weiter perfektioniert.
Die Roboter kommen beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtmontage, Atomenergiebranche und
in Medizin- und Sicherheitsanwendungen zum Einsatz. Je nach
Anforderung des Kunden sind
verschiedene
Längen
und Durchmesser des
Schlangenarmroboters
verfügbar. Standardgrössen variieren von 40 bis
150 mm im Durchmesser
und haben eine Länge
von 1 bis 3,25 m; je nach
Kundenwunsch können
sogar Längen bis zu 10 m
oder Durchmesser bis
12,5 mm realisiert werden. Umso grösser der
Durchmesser ist, desto
mehr Gewicht kann der
Roboter beispielsweise
bei Wartungsarbeiten
heben.
Jede Roboterschlange wird deshalb je nach Anwendungsbereich
kundenspezifisch angefertigt. Der
Kopf des Schlangenarmroboters
kann zudem mit unterschiedlichen
Werkzeugen versehen werden. So
gibt es Anwendungen für die visuelle Inspektion mit entsprechender Ausleuchtung genauso wie
die Bestückung mit einer Kamera oder einem speziellen Greifarm sowie eine
Laserapplikation für das
Schneiden von Metall
und Beton. Je nach Anwendung
kann der Schlangenarmroboter auf
einer mobilen oder festen Station
wie einem Industrieroboter oder
Kran angebracht werden.
Der Schlangenarmroboter lässt
sich frei durch den offenen Raum
navigieren. Eine proprietäre Software steuert ihn und ermöglicht
es dem Bediener, den Schlangenarm nach dem «Nose-following»Prinzip zu kontrollieren. Das heisst,
über ein Joypad wird ein Kommando an die Schlangenspitze übermittelt und die weiteren Glieder folgen
diesem vorgegebenen Pfad.
Analog zum menschlichen Arm,
bei dem die Sehnen die Muskeln
mit den Gelenken verbinden, sind
beim Schlangenarmroboter Stahlseile wie Sehnen mit den einzelnen
Gelenken des Roboters verbunden.
Jeder einzelne Draht im Inneren
des Schlangenarms ist mit einem
Maxon-Motor verbunden.
Der bürstenlose DC-Motor EC-max 30
(60 Watt) ist auf lange Betriebszeiten
ausgelegt.
Technische Rundschau 4/2013
Die schlangenartigen Bewegungen entstehen dadurch, dass die
Motoren die mechanische Leistung
in den Schlangenarm übertragen,
wo sich die einzelnen Bindeglieder des Arms befinden. In jedem
Schlangenarm werden, je nach
Version, bis zu 50 Maxon-Motoren
verbaut. Diese befinden sich nicht
direkt im Arm, sondern in einem
Aktuator-Pack in der Basis des Roboters. Vorteil: Motoren und Elektronik sind besser zugänglich und
gefährlichen Einflüssen nicht ausgesetzt. Auch im Schlangenarmkopf sind Motoren zur Steuerung
der unterschiedlichen Tools untergebracht.
Die grösste Herausforderung an
die Antriebe ist, dass sie eine ausreichend hohe Leistung in einem
kompakten Design liefern können.
Für die hochkomplexe Anwendung
kommt deshalb der bürstenlose
Antriebstechnik | Konstruktion und Engineering
Maxon-DC-Motor «EC-max 30»
(60 Watt) und das Planetengetriebe
«GP32» in der Keramikversion zum
Einsatz. Mit dem bürstenlosen Design sind die elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren (EC)
bestens für lange Betriebszeiten
vorbereitet.
Für OC Robotics waren die Kriterien zuverlässige Motoren, gute
Kundenbetreuung, hohe Qualität
und hohe Leistungsdichte ausschlaggebend für die Wahl von Maxon. Herzstück der Motoren ist die
eisenlose Wicklung. Dadurch können physikalisch bedingte Vorteile
wie kein Rastmoment, hoher Wirkungsgrad und eine ausgezeichnete
Regeldynamik erreicht werden.
Speziell für den Schlangenarm
mussten die Motoren durch spezifische Kabel und Befestigungslöcher
gezielt angepasst werden. Zudem
modifizierte Maxon das eingesetz-
Clever gelöst,
Freiheit im Engineering
Schlangengleich: Die einzelnen Stahlseile sind mit je einem
Motor in der Basis des Roboters verbunden. (Bilder: Maxon)
te Planetengetriebe und entwickelte ein spezielles Gehäuse für die
Bremse.
■
OC Robotics
GB­Bristol, Tel. +44 117 314 4700
www.ocrobotics.com
Maxon Motor AG
6072 Sachseln, Tel. 041 666 15 00
www.maxonmotor.ch
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