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antriebstechnik 8/2015

antriebstechnik 8/2015

ROBOTIK UND MOTION

ROBOTIK UND MOTION CONTROL I SPECIAL Aus sicherer Entfernung Hohlwellen-Servoantriebe sorgen für Präzision und Leistung in EOD-Robotern Fernando Aramendia Um Bomben oder andere gefährliche Gegenstände sicher aus öffentlichen Räumen zu entfernen, benötigt man autonome Helfer, die sich ohne Gefahr für den Menschen einsetzen lassen. Sie müssen aber so präzise und robust sein, dass sie filigrane Bewegungen ausführen können und auch eine versehentliche Sprengung überstehen. Kein leichtes Unterfangen für die eingesetzte Antriebstechnik. Fernando Aramendia ist Geschäftsführer bei der Harmonic Drive AG in Spanien P roytecsa Security ist ein spanisches Unternehmen, das sich zum Ziel gesetzt hat, eigene technische Lösungen auf den Markt zu bringen, die auf die spezifischen Sicherheits- und Verteidigungsbedürfnisse seiner nationalen und internationalen Kunden zugeschnitten ist. Seit mehr als 25 Jahren arbeitet man eng mit nationalen Sicherheitskräften und -behörden, Finanzunternehmen, Eisenbahngesellschaften, öffentlichen Verwaltungen und Privatunternehmen zusammen. Zu seinen fortschrittlichsten Lösungen zählen die Aunav-Roboter. Dank ihrer hohen Präzision und Funktionssicherheit eignen sie sich für die Entschärfung improvisierter Sprengkörper (IED) und konventioneller Munition (EOD, Kampfmittelbeseitigung) bei Polizei- und Militäreinsätzen wie auch für die Abwehr chemischer, biologischer, radiologischer und nuklearer Bedrohungen. Der Aunavnext hebt sich aufgrund seiner beiden synchronisierten Arme mit vorprogrammierbaren Bewegungen zur Durchführung von Manövern aller Art (Hebekapazität bis zu 260 kg) und seines dualen Ketten- Räder-Systems mit Geländetauglichkeit von anderen EOD-Robotern seiner Klasse ab. Er ist der weltweit erste Doppelarm-Roboter, der im realen Betrieb zum Einsatz kam. Der Aunavnext ist ein vielseitiger Roboter: Mit seiner Höchstgeschwindigkeit von über 4 km/h ist er in der Lage, 45-Grad-Rampen, 70 cm tiefe Gräben und 50 cm hohe vertikale Hindernisse zu überwinden. Zur Steuerung des Gelenkarms verfügt der Roboter über ein „Schlangensystem“, durch das mehrere Gelenke gleichzeitig bewegt werden können, um den Greifer korrekt zu positionieren. Der Aufprallstoßschutz des Systems verhindert, dass die beiden Arme miteinander oder mit dem Roboterkörper kollidieren. Darüber hinaus ist der Roboter mit einem Anti-Roll-System ausgerüstet, um absolute Stabilität auch unter anspruchsvollsten Bedingungen sicherzustellen. Platzbedarf reduziert Angesichts der hohen technischen Anforderungen, die die Öffnungskraft von bis zu 70260 N und die Zugkraft von 550 kg stellen, spielt die Hydraulik für die Funktion des Hauptarms und des Hauptgreifers immer noch eine wichtige Rolle. Mit der Implemen- 54 antriebstechnik 8/2015

SPECIAL I ROBOTIK UND MOTION CONTROL tierung von Harmonic Drive Servoantrieben muss die Drehbewegung des Greifers jedoch nicht mehr hydraulisch erfolgen. Denn die dafür erforderliche Präzision kann dieses Hydrauliksystem nicht erreichen. Dank der Implementierung der elektromechanischen Hohlwellen-Servoantriebe der Baureihe CHA kann der Greifer hydraulisch betätigt werden, während ein elektrischer Antrieb für die 360-Grad-Drehung sorgt. Die Leistungsstärke und Präzision des Servoantriebs entfalten sich dadurch. Dieselbe Implementierung wurde auch für die Drehbewegung des Hilfs- bzw. kleineren Greifers gewählt, die ergänzend zum Hauptgreifer oder für die Funktionen genutzt wird, bei denen weniger Energie aufzuwenden ist oder weniger schwere Lasten zu bewegen sind. Darüber hinaus wurden wegen ihrer kompakten Abmessungen Einbausätze der Baureihe CSD in die Achse dieses Nebengelenkarms eingebaut, die wegen ihrer hohen Untersetzung als zweistufige Getriebe ausgelegt sind. Die Harmonic Drive Präzisionsgetriebe und Servoantriebe ermöglichen eine deutliche Reduktion des Platzbedarfs wie auch des Energieverbrauchs des Roboters, was zu verbesserten technischen Leistungen des Roboters führt. Zusammen mit dem von Proytecsa verbauten robusten Luftfahrt aluminium und den UV-beständigen technischen Kunst stoffen und Verbundwerkstoffen tragen sowohl die kompakten Servoantriebe der Baureihe CHA als auch die Kompaktgetriebe der Baureihe CSD zur Reduktion des Gesamt gewichts des Roboters auf unter 500 kg bei. Außerdem verfügt der Roboter Aunavnext dank dieser Implementierung über einen automatischen Betriebszyklus von bis zu 5 Stunden (je nach Betriebsart). Auch die für die Servoantriebe der Baureihe CHA verwendete DC-Stromversorgung sorgt für eine Betriebs dauer von bis zu 5 Stunden. Hochgenau positionieren Die Baureihe CHA ist eine hochintegrierte mechatronische Lösung. Präzise, spielfreie Harmonic Drive Wellgetriebe werden mit einem hochdynamischen AC-Servomotor, einem optischen Sinus-Cosinus-Encoder und einem Abtriebslager zu einem kompakt bauenden Antrieb kombiniert. Die Baureihe CHA besteht aus sechs Baugrößen und deckt einen Drehmomentbereich von 19 bis 1840 Nm ab. Je nach Baugröße stehen Getriebeuntersetzungen von 1:30, 1:50, 1:80, 1:100; 1:120 und 1:160 zur Verfügung. Maximaldrehzahlen von bis zu 200 min -1 sorgen für hohe Dynamik und kurze Bearbeitungszeiten. Aufgrund ihrer Spielfreiheit ist die Baureihe auch für hochgenaue Positionierungsaufgaben geeignet. Zur Anpassung an Kundenanwendung bieten sich zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten bei der Wahl der Motorwicklung, des Motorfeedbacksystems, der Bremse sowie diverser Sensor-, Kabelund Stecker optionen an. Wesentliches Merkmal ist die zentrische Hohlwelle, die für vielfältige Anwendungen nutzbar ist. Diese Eigenschaft vereinfacht in vielen Anwendungen die Konstruktion und reduziert somit den Zeitaufwand für Entwicklung und Montage. Der neue Hohlwellenmotor ist speziell für die Harmonic Drive Wellgetriebe optimiert. Besonderer Wert wurde auf die Kompaktheit und die Gleichlaufeigenschaften gelegt. Die Drehmomentwelligkeit und die Rastmomente konnten reduziert werden. Individuelle Einbausätze Die Einbausätze der Baureihe CSD-2A sind erhältlich in sieben Baugrößen mit den Untersetzungen 50, 100 und 160:1 bei einem wiederholbaren Spitzendrehmoment zwischen 12 und 823 Nm und einer Leistungsdichte bis 512 Nm/kg. Bei Bedarf sind sie in einer spezifischen Ausführung maßgeschneidert für die Anwendung erhältlich. Aufgrund der Beschränkung der Bauteile auf das Wesentliche sind sie leicht und die Baureihe mit der kürzesten Baulänge. Die Hohlwelle ermöglicht die Durchführung von Versorgungsleitungen, Wellen und Kabeln für weiterführende Antriebssysteme. Aufgrund der Positioniergenauigkeit sind stabile Maschineneigenschaften mit kurzen Taktzeiten zu erzielen. Harmonic Drive Einbausätze bestehen aus den drei Bauteilen: Circular Spline, Flexspline und Wave Generator. Sie bieten Freiheit bei der konstruktiven Einbindung sowohl auf der Antriebs- als auch der Abtriebsseite. Durch die kompakte Bauform ist der geringst mögliche Platzbedarf sichergestellt. www.harmonicdrive.de 01 Servoantrieb der Baureihe CHA 02 Einbausatz der Baureihe CSD-2A antriebstechnik 8/2015 55

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