Robot wordt allrounder met gereedschapwisselaar (video)

Een nieuw type gereedschapswisselaar van het Duitse IPR verandert robots in flexibele allrounders. Zelfs bij de productie van de kleinste series en enkelstuks kunnen robots met TKX- gereedschapwisselaars rendabel worden ingezet. In de elektrische aandrijving van de automatische wisselaars past IPR motoren van Faulhaber toe.

Het takenpakket van robots is inmiddels vrijwel onbeperkt - grijpen, vasthouden, klemmen, schroeven, lassen. De gestandaardiseerde massaproductie kan gebruik maken van gespecialiseerde robots, die dag in, dag uit dezelfde taken uitvoeren. Maar veel processen vragen om flexibiliteit, bijvoorbeeld als de seriegrootte één is. En het is belangrijk om de investeringskosten zo laag mogelijk te houden. Hoe meer verschillende taken een robot uit kan voeren, des te beter. 

Verschillende gereedschappen

Hier maakt de TKX-gereedschapwisselaar het verschil. De wisselaar aan het einde van de robotarm kan allerlei verschillende gereedschappen uit een rek pakken. Dankzij deze technologie kan een de dezelfde één robot bijvoorbeeld eerst een werkstuk oppakken en positioneren, het vervolgens bewerken met gereedschappen, en na afloop de kwaliteit controleren met een contoursensor of een camera en de resultaten documenteren.
Hiervoor heeft de adapter wel geschikte doorvoeren nodig voor de bijbehorende gereedschapsfuncties. De TKX-productserie (TKP (pneumatisch bediend), TKE (elektrisch bediend) en TKM (manueel bediend)) biedt hier alle denkbare opties, en levert zelfs diverse laterale oppervlakken waar extra modules op kunnen worden vastgeschroefd. De belangrijkste taak van de gereedschapswisselaar is echter om het gereedschap na het oppakken veilig vast te zetten, en om die vergrendeling snel en steeds betrouwbaar weer los te maken als het gereedschap weer wordt teruggelegd.

Pneumatisch of elektrisch?

Traditioneel gebruiken veel industriële toepassingen een vorm van pneumatische krachtoverbrenging voor dit proces. Persluchttechnologie heeft zich al tientallen jaren bewezen, en het is bij uitstek ook geschikt voor de hantering van zware objecten. Maar een pneumatisch systeem vraagt om compressors, leidingen en een eigen besturingssysteem met allerlei mechanische componenten. De investering voor een nieuw systeem is dan ook hoog. In sectoren die steeds hogere vereisten stellen op het gebied van reinheid en hygiëne, zoals de productie van micro-elektronica of voedingsmiddelenindustrie, zijn pneumatische systemen geen optie: het is onvermijdelijk dat er perslucht vrijkomt. En in cleanrooms is deze technologie al helemaal taboe.
IPR - Intelligente Peripherien für Roboter - ziet een duidelijke trend: elektrische aandrijvingen in plaats van pneumatische opties. "Elektromotoren werken niet alleen hygiënisch veilig, ze zijn ook veel flexibeler in gebruik. Niet iedere werklocatie heeft een persluchtaansluiting, maar stopcontacten zijn er vrijwel overal. In nieuwere fabrieken worden over het algemeen geen pneumatische systemen meer geplaatst. Voor cobots en kleinere robots en decentrale locaties is een elektrische aandrijving bijna altijd de betere keus", vertelt Roman Batz, ontwikkelingsingenieur bij IPR. "De afgelopen jaren zijn de ontwikkelingen snel gegaan. Voor onze toepassingen hebben we in principe ontzettend veel vermogen nodig, en hele kleine afmetingen. Faulhaber levert motoren die de vergelijking met pneumatische aandrijvingen makkelijk aankunnen."

Openen, sluiten, vasthouden

Over makkelijk aankunnen gesproken: het krachtigste elektrisch aangedreven model in de TKX-serie tot nu toe is de TKE 300, die objecten tot 300 kg kan hanteren. In de metaal werken robots met zware lasten zoals giet- en smeedwerk. Die hele massa werkt dan op de sluitring in de TKX-gereedschapswisselaar. Het koppel dat de motor levert in stand-bymodus zou al genoeg zijn om deze lasten betrouwbaar aan te kunnen. Om echter een bijzonder betrouwbare fixering te garanderen, zet IPR ook zelf-houdende kinematica in, die het bedrijf zelf in-house heeft ontwikkeld.
Een borstelloze motor uit de BXT-productfamilie van Faulhaber levert de kracht voor het openen, sluiten en vasthouden. Met zijn externe rotortechnologie levert deze motor een verhouding tussen koppel en gewicht en formaat die volgens de makers ongeëvenaard is op de markt. De vermogensdichtheid is één van de voorwaarden om de nieuwe productserie van IPR zijn ‘unique selling point' te kunnen geven. Roman Batz legt het voordeel uit: "De gereedschapswisselaars uit de TKX-serie zijn de eerste wisselaars op de markt die beschikbaar zijn op hetzelfde platform met zowel pneumatische als elektrische aandrijvingen. En we hebben ook een handmatige uitvoering in de productserie. Dit betekent dat het complete assortiment aan toebehoren kan worden gebruikt met alle soorten aandrijvingen, zonder dat nieuwe gereedschappen nodig zijn. Het is ook relatief eenvoudig om over te stappen op elektrisch bedrijf. Dit creëert nieuwe mogelijkheden voor de robotautomatisering."

Eenvoudig te combineren

De TKE-gereedschapswisselaars zullen geleverd worden in zeven formaten, voor het hanteren van werkstukken van 3 tot 300 kg. De elektrische uitvoering van de productfamilie dekt dus een breed scala aan toepassingen af, van lichtgewicht robots tot stationaire toepassingen. De afmetingen van de gebruikte BXT-motoren worden aangepast aan de toepassing. Roman Batz legt uit: "Een belangrijk criterium voor ons was het aanbod aan formaten en het brede assortiment van geschikte tandwielkasten om per geval de optimale reductieverhouding te kiezen. Robots moeten zonder onderhoud tientallen miljoenen cycli kunnen doorstaan. We kunnen dus alleen borstelloze motoren gebruiken [..]. Het moet eenvoudig zijn om de motor aan te sturen en te beheren zonder extra besturingen. En daar zorgt de geïntegreerde Speed Controller voor. Tot slot, en ook heel belangrijk: de componenten moeten goed bestand zijn tegen temperaturen tot +80 °C."

Alle micromotoren

IPR koopt al zijn micromotoren in bij Faulhaber. "Onze samenwerking begon al vele jaren terug, lang voor mijn tijd", aldus Batz. Afgezien van de kwaliteit van de producten spelen ook andere aspecten een rol. "Het begint met het hele eenvoudige design van de combinaties van motor & tandwielkast op de website van Faulhaber. Binnen enkele klikken heb je een volledig overzicht. De technische specificaties zijn heel goed gedocumenteerd, en ik krijg altijd precies de hulp die ik nodig heb als het erom gaat om de details te berekenen - zoals het rendement, het energieverbruik, de temperatuurontwikkeling door de tijd, dat soort dingen."