KONICA MINOLTA

Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Bezpřírubové motory Kollmorgen pro průmyslové roboty

Roboty UR 5 a UR 10 s kloubovými rameny se sériovou kinematikou od společnosti Universal Robots, známé již i na českém trhu, jsou určeny pro oblasti, pro něž jsou obvyklé průmyslové roboty příliš velké, těžké, drahé nebo hlučné. Tento článek se však nebude věnovat robotům jako takovým, ale jejich pohonům. Velkou část výkonu jejich šestiosých kloubových ramen vyvíjejí speciálně přizpůsobené prstencové elektromotory KBM od firmy Kollmorgen. Tyto motory je možné vestavět přímo do os kloubů robotu, bez potřeby navrhovat pro ně zvláštní kryty.

 
Roboty UR5 a UR10 od společnosti Universal Robots (www.universal-robots.cz) jsou určeny zvláště pro malé a střední firmy. Užitečné zatížení robotů je 5 až 10 kg, přičemž hmotnost vlastních robotů je jen 18 až 25 kg. Vzhledem k jejich malé hmotnosti je možné roboty snadno přemisťovat. K flexibilitě multifunkčních robotů v provozu přispívá uživatelsky přívětivý software, dodávaný jejich dánským výrobcem: pro programování nejsou třeba žádné speciální znalosti robotiky.
 

Modulární konstrukce robotů

Výjimečný poměr nosnosti k celkové hmotnosti robotu je výsledkem důmyslné konstrukce, která bere ohled na co nejmenší hmotnost dílů a neobsahuje nic, co není nezbytné. V případě pohonů to znamená, že konstruktéři zvolili minimalistickou koncepci bezpřírubových prstencových motorů Kollmorgen vestavěných přímo do osy kloubu (obr. 1). Funkci krytu motoru tak plní tělo robotu a převodovka je současně ložiskem motoru.
 
Obecně lze konstatovat, že komponenty použité konstruktéry společnosti Universal Robots při konstrukci robotů často plní současně několik funkcí. Tím je výrazně omezen počet použitých mechanických dílů jako ložisek, spojek nebo hřídelí, a daří se tak zmenšit jak hmotnost robotu, tak jeho rozměry. Motory Kollmorgen navíc díky velkému poměru výkonu a hmotnosti umožňují dosahovat relativně velké nosnosti robotů UR 5 a UR 10.
 
Motory typové řady KBM (obr. 2) se vyznačují pokročilým návrhem elektromagnetického obvodu, který optimalizuje moment, omezuje nerovnoměrnosti chodu (cogging) a potlačuje harmonické zkreslení, a to ve velkém rozsahu rychlostí otáčení. Konstrukce statoru umožňuje dosáhnout velké hustoty magnetického toku, a tím i velkého momentu a malých tepelných ztrát. V rotoru motorů KBM jsou použity výkonné permanentní magnety s kovy vzácných zemin, díky nimž je trvalý krouticí moment 1,45 až 3 445 N·m a špičkový moment 4,91 až 12 812 N·m (v robotech jsou použity motory, které zdaleka nedosahují špičkových krouticích momentů – těch dosahují obrovské motory určené např. pro otočné stoly velkých obráběcích strojů).
 

Provoz bez hluku, ale s velkou účinností

Dalšími výhodami robotů UR je jejich téměř bezhlučný provoz a úspornost provozu. S velkou účinností je spojena další výhoda: jestliže má motor velkou účinnost, méně se zahřívá ztrátovým teplem. Znamená to, že motor je chladnější, pracuje pod maximálními provozními parametry, a proto má delší životnost. Menší tepelné ztráty motoru také zmenšují tepelné zatížení celé konstrukce. Motory, které výrobce robotů používal dříve, se při nepřetržitém provozu hodně zahřívaly. Motory Kollmorgen zůstávají chladnější, a roboty proto mohou být provozovány nepřetržitě, aniž by byla nutná speciální konstrukční opatření. Roboty úspěšně prošly testy v dlouhodobém provozu s poměrně velkou zátěží.
 
Představme nyní blíže motory řady KBM od firmy Kollmorgen, která má v oboru elektrických pohonů více než sedmdesát let zkušeností. Motory KBM jsou prstencové, bezpřírubové vysokomomentové motory. Jejich bezpřírubové provedení konstruktérům dovoluje vytvářet množství kreativních řešení různých úloh s velkou mírou flexibility, velkou hustotou výkonu, značnou dynamikou a dlouhou životností. Kromě vlastních motorů firma nabízí čtrnáct variant přírub a příslušenství, které zkracují dobu potřebnou na uvedení do provozu.
 
Protože firma Universal Robots rychle roste, je důležitá také pružná reakce výrobce na nové objednávky. V tomto ohledu je společnost Kollmorgen schopna dánského výrobce robotů plně uspokojit – ve svém moravském výrobním závodě v Brně otevřela linku vyrábějící výhradně motory určené pro roboty firmy Universal Robots.
 

Výhledy

Tichý chod a vysoká kvalita regulace otáček a momentu synchronních servopohonů umožňují, aby roboty byly použity i v jiných úlohách než jen pro manipulaci s materiálem. Až dosud se společnost Universal Robots soustřeďovala na použití svých robotů ve velmi jednoduchých úlohách, kde si nekonkurovala s jinými výrobci robotů. Protože však konstruktéři vyvinuli lehkou konstrukci bez nekontrolovatelných vibrací a oscilací, a tedy s velkou přesností pohybu, objevily se nové možnosti použití, např. při svařování nebo lepení. Tento vývoj je doprovázen skutečností, že vyspělá bezpečnostní technika umožňuje roboty provozovat bez dodatečné ochrany. To otevírá cestu k bezpečné a komfortní spolupráci obsluhy se zařízením (obr. 3).
 
(Kollmorgen)
 
Obr. 1. Šestiosé roboty UR5 a UR10 se používají např. ve zpracovatelských a výrobních závodech (foto: Universal Robots)
Obr. 2. Bezpřírubové motory KBM (Kollmorgen) poskytují díky své variabilní, modulární konstrukci velkou volnost při navrhování prostorově úsporných pohybových os (foto: Kollmorgen)
Obr. 3. Roboty UR5 a UR10 jsou schopny přímé spolupráce s lidskou obsluhou (foto: Kollmorgen)