Aufrufe
vor 11 Monaten

antriebstechnik 6/2023

  • Text
  • Motor
  • Greifkraft
  • Robotik
  • Automation
  • Elektromotoren
  • Unternehmen
  • Motoren
  • Einsatz
  • Greifer
  • Antriebstechnik
antriebstechnik 6/2023

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG 03 In kaskadierter Struktur zur unterlagerten Lageregelung umgesetzte Kraftregelung Motoren und Bremsen sowie zum Auslesen der Winkelgeber und Temperatursensoren wurde der Umrichterverbund durch Einzelachsumrichter des Typs ctrlX DRIVE von Bosch Rexroth ersetzt. Neben der initialen Parametrierung der Umrichter wurden bei der Inbetriebnahme Bandsperren zur Filterung der durch die Umrichtertechnologie entstehenden Störungen ergänzt. Die Ansteuerung der Umrichter erfolgt über das Protokoll Sercos Profile over Ethercat (SoE) mit Hilfe der PC-basierten Automatisierungssoftware TwinCAT der Firma Beckhoff. Die Bahnplanung erfolgt über den in TwinCAT integrierten CNC-Kern der Industriellen Steuerungstechnik GmbH (ISG). Die offene Steuerungsumgebung von TwinCAT ermöglicht die Anbindung zusätzlicher Hardware und die Integration eigener Steuerungsprogramme in direkter Kopplung mit der Robotersteuerung. Auf diese Weise wurden eine Frässpindel, ein Kraft-Momenten-Sensor sowie ein X-Y-Tisch mit zwei Kugelgewindetrieben gemeinsam mit dem Industrieroboter zur Gesamtanlage verbunden. Als Sicherheitssteuerung kommt ein konfigurierbares System PNOZmulti von der Firma Pilz zum Einsatz. Die Steuerungsarchitektur ist vereinfacht in Bild 01 dargestellt. SYSTEMIDENTIFIKATION UND REGLERENTWURF FÖRDERUNG Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) für die Förderung des Verbundprojekts SDM4FZI im Rahmen des Förderprogramms „Zukunftsinvestitionen in der Fahrzeugindustrie“, in welchem die vorgestellten Ergebnisse entstanden sind. Im ersten Schritt wurde eine in der Industrie häufig verwendete gelenkunabhängige Kaskadenregelung bestehend aus Lage-, Drehzahl- und Stromregelung für jedes Gelenk parametriert. Zur Auslegung der Regler wird das Übertragungsverhalten der Gelenke durch die Aufnahme von Frequenzgängen identifiziert. Dazu wird ein eigens am ISW in Python entwickelter Sollwertgenerator und das Kommunikationsprotokoll Automation Device Specification (ADS) von TwinCAT verwendet. Auf diese Weise können die Robotergelenke mit Signalen wie Sinus- Sweeps und Pseudorandom Binary Sequence (PRBS) angeregt werden. Aus den Messergebnissen wird das Übertragungsverhalten ermittelt. Als Beispiel ist in Bild 02 die Übertragungsfunktion von Motormoment τ m zu Motordrehzahl θ für das dritte Gelenk dargestellt (blaue Kurve). Zum Vergleich wird das Gelenk als elastisch gekoppeltes Zweimassensystem modelliert. Das Modell ist schematisch rechts in Bild 02 dargestellt. Auf Basis einer initialen Schätzung der Eigenfrequenz aus den Messdaten werden die Modellparameter optimiert. Aufgrund der guten Übereinstimmung des reduzierten Modells (rote Kurve in Bild 02) mit den Messdaten können Steifigkeit k und Dämpfung d des Gelenks abgeschätzt und zur Parametrierung der Kaskadenregelung verwendet werden. Zur Erzielung einer robusten Regelung wird die H ∞ -Synthese verwendet, um ein abtriebsseitig gut gedämpftes Verhalten zu erreichen. UMSETZUNG EINER KRAFTREGELUNG Zur Integration neuer Regelungskonzepte wurde ein digitaler Zwilling des Industrieroboters auf Basis von MATLAB und Simulink von MathWorks erstellt. An diesem können die entwickelten Konzepte getestet, optimiert und anschließend in C++- Code übersetzt werden, der echtzeitfähig in TwinCAT ausgeführt werden kann. Als erste praxisorientierte Anwendung dient das roboterbasierte Rührreibschweißen, wofür eine hochfrequente (1 kHz) Kraftregelung (Bild 03) am Roboter implementiert wurde. Beim Rührreibschweißen steigen die Kräfte insbesondere während der Eintauchphase sehr schnell stark an, weswegen niedrige Abtastzeiten in der Kraftregelung erforderlich sind. Mit der entwickelten offenen Steuerungsarchitektur können Anforderungen wie diese erfüllt werden. Die Struktur der implementierten Kraftregelung ist in dargestellt. Die Kraftregelung wird in kaskadierter Struktur zur weiter unterlagerten Gelenklageregelung berechnet, wobei eine kartesische Offsetposition als Stellgröße verwendet wird. Über die Inverse Kinematik wird die kartesische Sollposition in Gelenkwinkel umgerechnet, die additiv zu den in der Bahnplanung berechneten Winkeln als Eingang für die Lageregelung dienen. Trotz mehrerer aufwändiger Berechnungsschritte kann die Kraftregelung aufgrund der direkten Integration in die Robotersteuerung in weniger als einer Millisekunde Zykluszeit durchgeführt werden. Bilder: ISW Stuttgart www.lageregelseminar-stuttgart.de 42 antriebstechnik 2023/06 www.antriebstechnik.de

WISSEN SCHAFFT IDEEN TITEL 10 Anwendungsneutrale Mobilrobotik 14 Elektrifizierungskonzepte für Bagger & Co. SONDERAUSGABE MARKTÜBERSICHT Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. 34 Positions- und Neigungssensoren für AGVs 5445 SONDERAUSGABE MOBILITY MOBILE LÖSUNGEN FÜR DEN BETRIEBLICHEN EINSATZ FLUIDTECHNIK 19174 INNOVATION SCOUT 2023 Oktober 2023 € 17,50 11 Print-Ausgaben im Jahr + Sonderausgabe antriebstechnik Marktübersicht (1x jährlich) + Sonderausgabe MOBILITY (1x jährlich) 19174 Die gesamte Antriebstechnik auf xx Seiten Organ der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. Von Antriebselementen und Motoren bis hin zu Wälzlagern LINEARTECHNIK & Co. Große Lineareinheiten für komplexe Bewegungen + antriebstechnik.de antriebstechnik.de ANT_SO_Titel_Igus_2022_06_5358533;13_View.indd 1 18.11.2022 12:31:26 Abo-Begrüßungsgeschenk: Die Konturenlehre Das Kopieren eines Profils war noch nie so einfach! Mit dieser Konturenlehre können Sie die Form von unregelmäßigen Objekten messen, um eine Sofortvorlage zu erstellen, mit der präzise Schnitte markiert werden können. Messbreite 25 cm, Messtiefe 6 cm. (Die Farbe der Konturenlehre ist variabel) Sichern Sie sich den lückenlosen Bezug wertvoller Informationen! Internet: shop.vereinigte-fachverlage.de @ E-Mail: vertrieb@vfmz.de & Telefon: 06131/992-148 Ja, ich möchte die Zeitschrift „antriebstechnik“ abonnieren Das Jahresabonnement umfasst 11 Ausgaben + 2 Sonderausgaben und kostet € 160,- (Ausland € 175,- netto) inkl. Versandkosten. Als Begrüßungsgeschenk erhalte ich die Konturenlehre. Nach Ablauf des ersten Bezugsjahres kann das Abonnement jederzeit, mit einer Frist von einem Monat, schriftlich gekündigt werden. Unser Dienstleister, die Vertriebsunion Meynen, Eltville, erhebt Ihre Daten im Auftrag der Vereinigte Fachverlage (VFV) zum Zweck der Vertragsdurchführung, zur Erfüllung der vertraglichen und vorvertraglichen Pflichten. Die Datenerhebung und Datenverarbeitung ist für die Durchführung des Vertrags erforderlich und beruht auf Artikel 6 Abs. 1 b) DSGVO. Zudem verwenden wir Ihre Angaben zur Werbung für eigene und VFV verwandte Produkte. Falls Sie keine Werbung mehr auf dieser Grundlage erhalten wollen, können Sie jederzeit widersprechen. Weitere Infos zum Datenschutz: ds-vfv.vfmz.de Name/Vorname Position Firma Abteilung Straße oder Postfach PLZ/Ort Telefon/E-Mail Datum, Unterschrift Vereinigte Fachverlage GmbH . Vertrieb . Postfach 10 04 65 . 55135 Mainz . Telefon: 06131/992-200 E-Mail: vertrieb@vfmz.de . Internet: www.vereinigte-fachverlage.de „antriebstechnik“ ist eine Zeitschrift der Vereinigten Fachverlage GmbH, Lise-Meitner-Straße 2, 55129 Mainz, HRB 2270, Amtsgericht Mainz, Geschäftsführer: Dr. Olaf Theisen, Matthias Niewiem, Umsatzsteuer-ID: DE 149063659, Gerichtsstand: Mainz