Murrelektronik și Danfoss stabilesc noi standarde în automatizarea roboților

Comanda descentralizată a servomotoarelor permite o automatizare flexibilă și compactă a roboților

Murrelektronik este un furnizor global de tehnică de automatizare și de instalare, cu un accent puternic pe arhitecturile de sistem descentralizate. Întrucât constructorii de utilaje caută alternative mai flexibile la arhitecturile robotice convenționale, bazate pe panouri de comandă, compania și-a propus să adopte o abordare diferită. Împreună cu Danfoss, Murrelektronik a dezvoltat un concept de robotică ce demonstrează cum poate fi integrată robotica într-o arhitectură de automatizare descentralizată. Compania autonox Robotics a oferit suport în domeniile mecanicii și punerii în funcțiune.

Provocarea: extinderea automatizării descentralizate la robotică

În cadrul platformei sale de automatizare Vario-X, Murrelektronik și-a propus să dezvolte un exemplu de aplicație care să ilustreze modul în care principiile automatizării descentralizate pot fi extinse la robotică prin utilizarea roboților industriali integrați în utilaj și a servoacționărilor. Vario-X a fost dezvoltată pentru a aduce funcțiile de comandă, distribuția energiei și intrările/ieșirile (I/O) mai aproape de utilaj, oferind astfel o alternativă modulară la nivelul dispozitivelor de teren față de arhitecturile convenționale de automatizare, bazate pe panouri de comandă. Obiectivul a fost de a le oferi constructorilor de utilaje și integratorilor de sisteme o referință practică pentru proiectarea viitoarelor utilaje modulare.

Sistemele convenționale de roboți industriali se bazează, de regulă, pe arhitecturi centralizate, în care unitatea de comandă a robotului și servoacționările sunt amplasate într-un panou de comandă. Într-o soluție convențională de servoacționare centralizată, fiecare motor necesită conexiuni separate pentru alimentare și semnale de feedback, ceea ce duce la o cablare complexă și la utilizarea unor cabluri lungi între servoacționări și motoare. Acest lucru crește volumul lucrărilor de instalare, necesită mai mult spațiu în panoul de comandă și poate limita flexibilitatea în construcția utilajelor modulare.

Pentru a transpune conceptul în practică, Murrelektronik avea nevoie de o soluție de acționare care să permită instalarea descentralizată direct la robot și care să ofere, în același timp, precizia, siguranța și capacitățile de comunicație necesare aplicațiilor robotice. Identificarea unei platforme care să reunească toate aceste cerințe într-o singură soluție s-a dovedit a fi principala provocare.

Soluția: servoacționări descentralizate, montate direct pe robot

Murrelektronik a ales VLT® FlexMotion™ ca platformă de control al mișcării pentru acest proiect și a colaborat cu Danfoss la dezvoltarea conceptului, iar cu autonox Robotics la implementarea mecanică. Soluția a fost demonstrată pe un robot industrial cu 6 axe, conceput pentru aplicații precum manipularea materialelor, montajul, dozarea și sudarea.

O cerință centrală a fost identificarea unei platforme servo descentralizate care să poată fi montată direct pe robot și care să ofere, în același timp, funcții avansate de control al mișcării, siguranță funcțională și comunicație deschisă. Potrivit Murrelektronik, soluțiile servo oferite de Danfoss s-au remarcat prin faptul că reunesc toate aceste cerințe într-o singură soluție.

„Am analizat piața în căutarea unei soluții servo descentralizate, iar VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 s-a potrivit excelent cu conceptul nostru. Pentru aplicațiile robotice moderne, funcția „Safe Torque Off” nu este suficientă. Avem nevoie de funcții avansate de siguranță a mișcării, care să ne permită să îmbinăm flexibilitatea, productivitatea și siguranța utilajelor.”

Marco Bosch, Director global de inginerie a soluțiilor, Murrelektronik

Danfoss a furnizat echipamente de acționare din portofoliul VLT® FlexMotion™, inclusiv VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520, VLT® Power Supply Module PSM 520 și placa opțională integrată „Decentral Access Module” (DAM), care asigură alimentarea electrică centralizată a acționărilor descentralizate, precum și cabluri hibride. Împreună, aceste componente au permis controlul dinamic și de înaltă precizie al mișcării, necesar aplicației robotice, contribuind în același timp la obiectivul Murrelektronik de a demonstra avantajele unei arhitecturi descentralizate și ale reducerii spațiului necesar în panoul de comandă pentru automatizarea roboților.

VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 reunește servoacționarea și servomotorul într-o unitate compactă. Prin amplasarea servoacționărilor direct pe brațul robotului, soluția elimină necesitatea instalațiilor servo convenționale, bazate pe panouri de comandă, și permite realizarea unei arhitecturi de utilaj complet descentralizate, cu cablare daisy chain. Controlul mișcării este integrat în unitatea de acționare, iar datorită conectării simple, Murrelektronik a putut integra fără probleme soluția Danfoss în mediul său de dezvoltare.

Integrarea fluentă în mediul PLC al Murrelektronik a contribuit la simplificarea integrării sistemului și a permis o punere în funcțiune mai rapidă, facilitând astfel validarea conceptului.

„Deși studiul de concept are un mecanism cu braț articulat, principiul daisy chain își arată cu adevărat avantajele abia în cazul cinematicii delta. Din perspectiva autonox, combinația inerentă principiului daisy chain dintre mecanica paralelă și tehnologia de acționare evidențiază tendința clară către arhitecturi descentralizate: servoacționările integrate, cablarea hibridă simplificată și interfețele deschise permit performanțe dinamice excepționale, reducând în același timp considerabil eforturile de integrare și întreținere.”

Julien Schuhler, Director de cercetare și dezvoltare la autonox Robotics

Portofoliul VLT® FlexMotion™ s-a remarcat și a fost selectat datorită mai multor avantaje decisive:

1. Servoacționare descentralizată, care permite instalarea servomotoarelor direct în utilaj, reducând astfel spațiul necesar instalării în panoul de comandă
2. Control dinamic și de înaltă precizie al mișcării, necesar aplicațiilor robotice
3. Cablare organizată și minimală datorită conceptului daisy chain
4. Comunicație deschisă, compatibilă cu mai multe protocoale industriale, precum și o nouă abordare a descentralizării
5. Funcții avansate de siguranță și frâne de siguranță integrate, care asigură protecția operatorului și reduc totodată complexitatea sistemului
6. Unități de acționare compacte, care pot fi montate direct pe brațul robotului
7. Portofoliu extins, cu o gamă largă de dimensiuni ale servoacționărilor și variante de cuplu ale motoarelor, adaptate fiecărei axe a robotului
8. Suport solid pentru o arhitectură de utilaj modulară și flexibilă
9. Module din carbură de siliciu (SiC), pentru eficiență termică și performanță optimizate

O strânsă colaborare tehnică

Nu a fost vorba de o simplă instalare a unui robot, ci de un proiect strategic de validare, al cărui scop a fost demonstrarea unei noi abordări a arhitecturii sistemelor robotice.

Pe parcursul a șase luni, Murrelektronik, autonox Robotics și Danfoss și-au reunit expertiza în domeniile automatizării descentralizate, mecanicii robotice și controlului mișcării pentru a dezvolta o platformă robotică pe deplin funcțională. Strânsa colaborare tehnică dintre cei trei parteneri a fost decisivă pentru transpunerea cu succes a conceptului în practică.

„Prin combinarea servoacționărilor noastre VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 cu know-how-ul Murrelektronik și autonox Robotics, am creat o soluție robotică revoluționară, care reduce la minimum spațiul ocupat de instalație. Pentru mine, dezvoltarea unor parteneriate solide, care să rezolve problemele clienților și să redefinească limitele posibilului în automatizare, reprezintă o prioritate majoră. Împreună, nu vindem doar componente, ci oferim soluțiile care vor defini viitorul construcției de utilaje.”

Christian Schröder, Manager global de dezvoltare a afacerilor pentru acționări electrice la Danfoss

Rezultatul: Un concept scalabil pentru o arhitectură de automatizare a roboților

Proiectul a dus la dezvoltarea unei arhitecturi de automatizare descentralizate, compacte, testate și pe deplin funcționale, care reprezintă o soluție practică de referință pentru constructorii de utilaje, producătorii de echipamente originale (OEM) și integratorii de sisteme interesați de conceptele de utilaje descentralizate. Prin amplasarea servoacționărilor direct pe robot și eliminarea acestora din panoul de comandă, soluția a redus cu 60% spațiul necesar în panoul de comandă. Conceptul de cablare daisy chain a permis, de asemenea, reducerea lungimii cablurilor cu până la 80%, contribuind la scăderea costurilor de cablare și, în același timp, la realizarea unei arhitecturi de utilaj mai compacte și mai bine organizate.

ISD® 520 acceptă majoritatea protocoalelor uzuale de comunicație industrială, facilitând integrarea într-o varietate de medii de automatizare și permițând o punere în funcțiune rapidă și simplă.

Împreună, aceste caracteristici demonstrează modul în care controlul descentralizat al mișcării îi poate ajuta pe constructorii de utilaje să diminueze complexitatea, să sporească flexibilitatea și să extindă utilizarea arhitecturilor descentralizate de utilaje la robotică.

Autor: Danfoss