Antriebe für Roboter

Das hier ist Handarbeit

Die Antriebstechnik ist entscheidend für die Performance eines Roboters. Stäubli entwickelt und baut Antriebe für die Sechsachs-Kinematiken in Eigenregie.

Stäubli kann für jede Knickarm-Roboterbaureihe eigene, optimal dimensionierte Getriebe einsetzen. (Foto: Stäubli)

Für Gerald Vogt, Leiter der Roboterentwicklung bei Stäubli, zählt die Antriebstechnik zu den Kernkompetenzen im Roboterbau: "Unsere Sechsachser zeichnen sich durch ihre kompakte, geschlossene Bauform aus und setzen gleichzeitig Maßstäbe in Dynamik und Präzision. Für die Antriebstechnik ist das eine gewaltige Herausforderung. Standardantriebe würden unter den Temperaturbedingungen innerhalb des gekapselten Gehäuses bei hoher Last schnell kapitulieren. Deshalb ist für Stäubli die eigene Getriebefertigung kein Luxus, sondern ein entscheidender Erfolgsfaktor für die Performance der Roboter."

Dass die Antriebstechnik ein wesentliches Differenzierungsmerkmal in der Robotik darstellt, hat Stäubli früh erkannt; das Unternehmen entwickelt und baut Antriebe seit fast 25 Jahren. Die Fertigung der Antriebe erfolgt im Stammwerk in Faverges. Dabei setzt Stäubli auf einen ausgeklügelten Mix aus manuellen und automatisierten Prozessen sowie auf ein lückenloses Qualitätsmanagement. Der Knackpunkt, die eigentliche Montage der Getriebe, erfolgt ausschließlich in Handarbeit. Viel Erfahrung und Know-how stecken in der hochsensiblen Getriebemontage, bauartbedingt lässt sich die Vorspannung in den Getrieben fein justieren. Das Getriebe darf weder zu wenig Vorspannung haben, da dies zu verstärktem Spiel führen würde, noch darf die Vorspannung zu hoch sein. In diesem Fall wäre erhöhter Verschleiß die Folge. Die Präzision eines Roboters hängt letztlich von den akkurat ausgeführten Montageschritten ab. Deshalb legt Stäubli die Getriebemontage ausschließlich in die Hände hochqualifizierter Spezialisten.

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Qualitätssicherung steht ganz oben
Die Getriebe werden direkt nach der Fertigung in einem ersten Test auf Linearität geprüft. Im eingebauten Zustand steht dann erneut eine Linearitätsprüfung auf dem Programm, mit der sichergestellt wird, dass keine Montagefehler aufgetreten sind, die die Linearität der Getriebe negativ beeinflusst haben könnten. Zu guter Letzt durchläuft jeder Roboter noch eine abschließende Qualitätsprüfung, bei der das Gesamtsystem auf Präzision und Bahngenauigkeit getestet wird. Den Endkunden erreichen nur 100-Prozent-geprüfte Maschinen, weshalb Reklamationen kaum vorkommen. Vielerorts wird auf einen derart hohen QS-Aufwand verzichtet - in Zeiten sicher beherrschbarer Fertigungsprozesse sei dies nicht mehr nötig. Doch Gerald Vogt ist da anderer Meinung: "Das Ganze ist eine Frage der Toleranzen. Für Standardgetriebe in gängigen Toleranzbereichen mag das alles zutreffen. Bei unseren maßgeschneiderten Präzisionsantrieben sieht die Sache anders aus. Unsere Getriebe lassen sich bauartbedingt sehr fein justieren, was letztendlich für die überlegene Präzision der Stäubli Sechsachser ausschlaggebend ist. Da wir Serienschwankungen unserer Roboter hinsichtlich Präzision und Dynamik nicht tolerieren, bleibt die Qualitätssicherung auf höchstem Niveau ein Muss."

Heute kommen bei Stäubli in den Achsen eins bis vier JCS/JCM-Antriebe zum Einsatz, in den Handachsen versehen selbstentwickelte Getriebe anderer Bauart ihren Dienst. Bei JCM handelt es sich um kompakte Motor-Getriebeeinheiten, deren Einsatz aufgrund ihrer Bauform und Größe nur in den Achsen eins bis vier realisierbar ist. JCS steht für Joint Combiné Stäubli. Dies bedeutet, dass die Getriebe die Funktionen "Untersetzung" und "Lager" bei kleiner und sehr steifer Bauart in einem darstellen. Dank JCS gelang es Stäubli bereits 1992, den ersten voll gekapselten Roboter auf den Markt zu bringen. Die Getriebebauform ermöglichte die Innendurchführung des Kabelbaums auf elegante Weise.

Die JCM-Antriebstechnik baut auf der JCS-Technologie auf. Diese Variante hat den Motor direkt im Getriebe als eine Einheit im Ölbad integriert. Die Vorteile von JCM: niedrige und kompakte Bauart bei großer Leistung. Bei integriertem Motor fällt auch das Antriebsritzel weg und damit Justierarbeiten oder eventuelles Spiel. Weitere entscheidende Vorteile dieser Antriebstechnik sind neben der Funktionsintegration "Untersetzung - Lager - Motor" vor allem die bemerkenswerte Linearität der Getriebe, die Spielfreiheit und die Lebensdauer.

Für ein langes Roboterleben konzipiert
Weiterer Vorteil: Durch die eigene Antriebstechnikkompetenz kann Stäubli für jede Knickarm-Roboterbaureihe optimal dimensionierte Getriebe einsetzen. Ausfälle im harten Robotereinsatz durch unterdimensionierte Antriebstechnik kennt man von den RX - und TX - Baureihen deshalb nicht. Im Gegenteil: Stäubli-Antriebe erreichen Laufleistungen bis 100.000 Stunden und in Abhängigkeit der Belastung auch darüber hinaus. Dabei sind die Getriebe auf kürzeste Zykluszeiten und hohe Dauerbeanspruchung getrimmt. Der Hersteller hat die Antriebe nicht auf bestimmte Messzyklen und Datenblatt-Performance optimiert, sondern auf Höchstleistung und Präzision im jahrelangen Dauerbetrieb.

Der Blick auf die inneren Werte der Stäubli-Antriebe unterstreicht deren konsequente Qualitätsorientierung. Im Gegensatz zu Standardgetrieben, die heute mit einer Fettschmierung auskommen müssen, laufen Getriebe und Motorgetriebeeinheiten von Stäubli komplett im Ölbad. Die Vorteile: bessere Kühlung, längere Lebensdauer, leiser Lauf. Das niedrige Betriebsgeräusch der Roboter ist auch ein Resultat der Konzeption und technischen Ausführung des Getriebes, bei der weit weniger Teile im Eingriff sind als bei Standardgetrieben. Zur längeren Lebensdauer trägt auch die im Vergleich zu Standardgetrieben höhere Kugeldichte bei, die den Verschleiß erheblich reduziert.   pb

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