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Schleifringübertrager in der Robotersteuerung
Schleifringübertrager werden häufig in kontinuierlich drehenden Systemen eingesetzt, bei denen z.B. Motoren samt Steuereinheit "mitdrehen". Dabei werden sowohl Antriebsleistung als auch Steuer- und Rückmeldesignale (meist über Busverbindungen) über einen kontinuierlich drehenden Schleifring geleitet.
Ausführliche Beschreibung der Anwendung
Beschreibung Problem:
Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA entwickelte einen frei beweglichen Serviceroboter als universellen Helfer in Alltagsumgebungen. Das Einsatzfeld des Roboters reicht von einfachen Assistenzdiensten (z.B. Unterstützung der Kunden in Elektronikmärkten beim Auffinden gewünschter Produkte) bis hin zu komplexen medizinischen Aufgabenstellungen, z.B. in der Seniorenbetreuung.
Der Roboter sollte über drei frei drehende Antriebsräder verfügen, die ihm einen Bewegungsspielraum von 360°ermöglichen und auch eine Drehung "auf der Stelle" erlauben. Damit auf komplexe und schwere Riemen- oder Kettenantriebe verzichtet werden konnte, ist der Motor samt Controller unterhalb der Radaufhängung verlegt. Für dieses Konzept musste aber sichergestellt werden, dass sowohl der Motor als auch die Steuereinheit jederzeit mit elektrischer Leistung und Bussignalen versorgt werden können, auch bei vollem Bewegungsspielraum von mehr als 360°.
Beschreibung Lösung:
Um dem Serviceroboter den beschriebenen größten Bewegungsspielraum über 360° und auch die Drehung "auf der Stelle" zu ermöglichen, war die Forderung, dass die frei drehenden Antriebsräder sozusagen als Füße integriert und zuverlässig mit Strom und Steuersignalen versorgt werden. LTN konzipierte hierzu eine Lösung mit seinem kompakten Schleifring SC045, der sich exakt in den kundenspezifischen Bauraum einfügt. Über vier Kanäle wurde dabei die Niederspannungs-Stromversorgung für den Motor mit einer Auslegung für 10A Dauerstrom pro Kanal geleitet. Vier Signalwege wurden reserviert für herkömmliche Steuersignale und weitere zwei Wege werden für den Industriebus verwendet. Besonders die von LTN konzipierte Kreisfederanordnung am Bürstenblock ermöglichte einen sehr kleinen Bauraum bei hoher Stromdichte und eine hohe Sicherheit bei der Übertragung der Bussignale. Als Kontakttechnologie wurde die Paarung Gold/Gold ausgewählt.
Da die Schleifringe nur wenige Zentimeter über dem Boden verbaut sind, schirmen robuste, geschlossene Kugellager die Schleifringmechanik gleichzeitig gegen unvorhersehbare Umwelteinflüsse ab - falls der Roboter mal nasse Füße bekommt.
