Autonome mobile Roboter Die Wendigkeit kommt aus dem Antriebskonzept

Mobile Roboter (AMR) finden in der Intralogistik dank Sensorik zwar autonom ihre Route. Damit sie aber auch wendig ausweichen, bremsen und beschleunigen, ist ein robustes Antriebssystem gefragt. Moog hat für PAL Robotics eine Lösung mit Smartmotoren entwickelt.

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Bekanntlich sind mit Staubsauger-Robotern längst die kleineren Brüder bei Endverbrauchern unterwegs und kartografieren dort mit aktueller Sensorik die Räumlichkeiten, berechnen optimale Wege und weichen Hindernissen aus. Im industriellen Kontext verfolgen etwa AGV (Automated Guided Vehicles) als spurgebundene Transporteinheiten und autonome AMR (Autonomous Mobile Robots) dank Elektronik und Sensorik entlang optimierter Routen ihre intralogistischen Aufgaben.

Unabhängig davon, welche Variante bei welcher Aufgabenstellung die effizientere sein mag: AGV, die auf vorgegebenen Bahnen ihren Transportaufgaben nachgehen, zählen in der Intralogistik als bewährter Stand der Technik. AMR können wie die kleinen Brüder kartografieren, optimierte Routen von A nach B errechnen, Hindernisse umfahren und alternative Routen finden. Damit gelten autonome AMR vielen als zukunftsweisende Lösung. PAL Robotics entwickelt, fertigt und liefert solche autonomen Robotereinheiten für intralogistische Aufgabenstellungen samt Software und Implementierung.

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Kommunikation zwischen Antrieb und Sensorik

Für einen veränderlichen Parcours durch die Intralogistik, in der sich Wege kreuzen, Behälter mal verschieben und plötzliche Kursänderungen ergeben können, reicht Sensorik und Elektronik alleine allerdings nicht. Erforderlich ist auch ein robustes Antriebssystem für den täglichen Einsatz, mit dem die Transport-Einheit in kürzester Zeit auf eingehende Informationen reagieren und die Einheit drehen, stoppen, bremsen oder beschleunigen kann. Die Kommunikation zwischen Antriebsmotoren und der gesamten Sensorik für Abstände, Lage und Position, eventuell sogar mit Bilderkennung im Abgleich mit der „Karte“ ist essenziell.

Autonome mobile Roboter

Wie sich Mobilität auf die Robotik auswirkt

PAL Robotics realisiert das mit Smartmotor-Servos von Moog Animatics als antriebstechnisches Fundament der PAL-Intralogistik-Roboter. „Mit der Moog-Entwicklung besprachen wir unsere gesamte Aufgabenstellung und Moog bot uns an, die komplette Baugruppe ,Motoren und Getriebe‘ für uns vorzufertigen“, sagt Dr. Jordi Pagès, Leiter Intralogistics Solutions bei PAL Robotics.

Dabei ist den verschiedenen Roboterausführungen eine Grundplattform gemein, in der sich Steuerelektronik, Sensorik, Akku und die beiden Smartmotoren des Antriebes befinden, je ein Motor pro Antriebsrad. Damit die Einheit stabil fahren kann, befinden sich unter der Bodenplatte noch vier Stützrollen.

In der ca. 54 cm durchmessenden Basis sind Smartmotoren vom Typ SM23165DT-DE-CDS mit 57 x 57 mm Flanschmaß eingesetzt, die nominell auf 48 Volt ausgelegt sind. Sie harmonieren jedoch ebenso mit der 36V-Versorgung der Einheit, wobei die Leistung jedes Motors bei maximal 204 Watt Dauerleistung liegt. Bei 5.200 Umdrehungen liefert jeder Motor 0,52 Nm Dauerdrehmoment, die Spitzenleistung erreicht 0,84 Nm. Die Kommunikation untereinander und mit der zentralen Recheneinheit erfolgt über den CAN-Bus.

Servomotor

In dieser Antriebslösung steckt Musik

Servomotoren müssen untereinander vernetzt sein

Über Drehrichtung und Geschwindigkeit des einzelnen Antriebsrades werden die Rechts- und Linkskurven, Beschleunigung und Bremsung sowie komplette Drehungen realisiert. Um das mit der notwendigen Präzision zu erledigen, müssen beide Motoren jederzeit wissen, wo der andere Motor gerade steht, welche Drehrichtung und Geschwindigkeit er aufweist, also einen beständigen Abgleich von Soll und Ist durchführen.

Der Einsatz von unmittelbar miteinander vernetzten Smartmotoren ist Moog zufolge ein Effizienz-Plus, gleich in mehrerlei Hinsicht. So ist etwa die hier notwendige Sensorik direkt im Motor integriert. Das erhöht laut Hersteller die Reaktionsgeschwindigkeit und entlastet mittels Combitronic den zentralen Prozessor auch von Berechnungen. Das Combitronic-Protokoll nutzt den CAN-Bus neben weiteren Protokollen, transferiert Daten in Echtzeit zwischen den Motoren und ermöglicht so koordinierte Bewegungsabläufe, wobei einer der beiden Smartmotoren die Master-Funktion übernimmt und den zweiten Motor mit regelt. Zudem lassen sich durch diese Integrationsweise die Baugruppe kompakter ausführen und neben dem Gewicht auch noch Kosten reduzieren, heißt es bei Moog.

Motor erhöht Laufzeit des Akkus

Weniger Gewicht plus Entlastung des Hauptprozessors von Rechenvorgängen erhöhen zudem die Energieeffizienz des Roboters, sodass bei unveränderter Akku-Größe entweder mehr Laufzeit oder mehr Zuladung für den Anwender zur Verfügung stehen. Dieser Aspekt wird noch durch die getrennte Spannungsversorgung für Motorregler und Verstärker ergänzt. Der Verstärker wird bei geringem Bedarf abgeschaltet, Motorregler und Software bleiben weiterhin versorgt. „Aktuell brauchen wir die Moog-Baugruppe nur ins Gehäuse einklicken und an die Strom- und Datenversorgung koppeln, eine absolute Erleichterung”, so Dr. Jordi Pagès.

Oberhalb der Basiseinheit des Roboters befindet sich der kundenspezifische Aufsatz, der den Transport der Güter oder aber auch eine gezielte Handhabung wie selbsttätig greifen, ablegen & Co. realisiert.

Insgesamt ist das Grundsystem des Herstellers Tiago-Base für eine Zuladung bis 100 kg und Geschwindigkeit von 1,5 m/s ausgelegt. Die Kommunikation mit dem Netzwerk erfolgt über W-LAN oder Bluetooth, an der Ladestation auch über LAN- oder USB-Anschlüsse. Seine Umgebung erfasst der Roboter durch Laser. Die direkte Bedienung durch den Benutzer im Feld ist durch ein Touchpanel und LED-Status- bzw. Audioausgabe möglich. (pf)

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