Digital Scout automatica 2023

EXTERNES VERSUS INTERNES
DREHMOMENTSENSOR-KONZEPT
Bei externen Drehmomentsensoren kann durch die zusätzlich eingebrachte Elastizität
die Torsionssteifigkeit eines Gelenks auf 25 % bis 60 % des ursprünglichen
Wertes sinken. Bei dem von Schaeffler entwickelten Konzept bleibt die Torsionssteifigkeit
des Gelenks zu 100 % erhalten. Den Einfluss der Torsionssteifigkeit von
Drehmomentsensoren auf das dynamische Verhalten von Cobots soll ein Vergleich
dieser beiden Konzepte in einem Worst-Case-Szenario verdeutlichen. Als
Vergleichsbasis dient das Präzisionswellgetriebe RT1 von Schaeffler einmal mit
integrierter Sensorik und einmal mit externem Sensormodul. Dabei beschleunigt
der Motor jeweils ein Massenträgheitsmoment von 7,6 kgm 2 aus Null heraus und
bremst den Antrieb wieder bis zum Stillstand.
Der Antrieb mit externem Sensormodul (Diagramm 1) zeigt deutlich ein instabiles
Verhalten mit sehr großen Beschleunigungsspitzen. Um das dynamische Verhalten
zu verbessern, wurden in einer zweiten Simulation die Regelparameter angepasst.
So konnten die Beschleunigungsspitzen reduziert werden, allerdings zu Lasten
der Positionierzeit. Diese steigt auf 1,2979 s (Diagramm 2). Diagramm 3 zeigt
das dynamische Verhalten des RT1-T-Getriebes mit integriertem Drehmomentsensor.
Die Positionierzeit beträgt nur 0,99241 s und ist damit um 0,3 s kürzer. Auch ohne
Anpassung der Regelparameter klingen die Schwingungen hier schnell ab.
Diese Simulation wurde für die Drehachse eines einzigen Gelenks durchgeführt.
Selbstverständlich sind die Verhältnisse bei sechs Gelenken mit ihren veränderlichen
räumlichen Lagen eines Cobots wesentlich komplexer und die Auswirkungen
sehr viel größer. Das vereinfachende Beispiel verdeutlicht jedoch den
positiven Einfluss von Drehmomentsensoren auf die Positionierzeit, wenn diese
die Torsionssteifigkeit des Gelenks nicht reduzieren.
BEWÄHRTE TECHNOLOGIE FÜR DIE MESSUNG
VON BETRIEBSLASTEN
In der Entwicklung, Applikation und Serienproduktion integrierter Drehmomentsensoren
verfügt Schaeffler über jahrelange Erfahrung. Die als Sensotect bekannte
Sensortechnologie findet beispielsweise in der Windenergie und in der
Automobilindustrie erfolgreich Anwendung. Die Funktionalitä t wird durch eine
Submikrometer dü nne, dehnungsempfindliche PVD-Metallbeschichtung realisiert,
die durch Mikrobearbeitung strukturiert wird. Das Bauteil selbst wird zum
Sensor und der Sensor wird zum Bauteil. Für die Anwendung in der Robotik wurde
der Flexspline des Präzisionswellgetriebes genutzt, da diese direkt im Kraftfluss
liegt. Zusätzlicher Bauraum wird nicht benötigt. Klebstoffe und Transferpolymere
sind nicht erforderlich. Herausragend sind auch eine sehr geringe
Hysterese- und Linearitä tsabweichung, auch aufgrund fehlender Störfaktoren.
Ebenso werden kleinste Kraft- und Drehmomentänderungen zuverlässig erfasst,
was das „smooth Direct-Teach-in“, die Bedienung und die Selbstoptimierung
von Cobots wesentlich vereinfacht.
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