Herausforderungen in der Robotertechnik, über die niemand spricht – Gebaut für Ingenieure

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Ob Sie es glauben oder nicht, die Robotikindustrie erobert die verarbeitende Wirtschaft im Sturm. Alle Statistiken deuten darauf hin, dass unsere Mitarbeiter, Fahrer und persönlichen Assistenten bald hoch entwickelte Roboter sein werden!

Wussten Sie schon, dass jährlich 500000 Arbeitsplätze im verarbeitenden Gewerbe unbesetzt bleibenwöchentlich 70.000 Baby-Boomer sind scheiden aus dem Erwerbsleben aus und die Millennials, die künftige Generation, nicht so begeistert sind, im verarbeitenden Gewerbe zu arbeiten? Daher ist es kein Wunder, dass die Automatisierungstechnologien, einschließlich der Robotik, mit halsbrecherischer Geschwindigkeit wachsen.

Mit dem Aufkommen von Technologien wie 5G, Edge Computing, maschinellem Lernen, künstlicher Intelligenz und Fortschritten bei den Bildverarbeitungstechnologien ist die Robotikindustrie in der Lage, die Versprechen der Industrie 4.0 zu erfüllen. Es ist jedoch eine Herausforderung, autonome und flexible Roboter zu entwickeln, die in der Lage sind, kleine Losgrößen mit hoher Präzision zu bearbeiten, ohne dabei Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen.

Sowohl etablierte Erstausrüster als auch Start-up-Unternehmen stehen vor denselben Herausforderungen in der Robotertechnik: Sie müssen die komplizierten Kompromisse zwischen Leistung, Zuverlässigkeit, Genauigkeit, Sicherheit und Energieeffizienz ausgleichen.

Ein Roboter ist nicht nur ein mechanischer Arm. Er ist auch kein Auto. Zwar handelt es sich bei beiden um dynamische Maschinen, aber ein Roboter ist ein tief integriertes System, bei dem jede Entscheidung Auswirkungen auf andere Bereiche hat. Eine Änderung in der Motor (Niederfrequente Elektromagnetik) wirkt auf den Arm Vibration (mechanisch), die einen Überschuss an Wärme (Fluid & thermisch) und erzwingt Veränderungen in der Steuerungsalgorithmus (Automatisierung).

Diese Probleme in isolierten Silos mit einem „Bauen und Testen“-Ansatz zu lösen, ist ein Rezept zum Scheitern. Diese traditionelle Methode, die sich auf teure physische Prototypen stützt, führt unweigerlich zu späten Entdeckungen, die Projekte zum Scheitern bringen, Budgets aufblähen und die Entwicklung zum Stillstand bringen können.

Es gibt einen raffinierten Weg. Lassen Sie uns am Beispiel einiger Industrieroboter untersuchen, wie ein Multiphysik-Simulationsansatz Ihnen hilft, diese miteinander verknüpften Herausforderungen zu meistern vor Sie jemals einen Prototyp bauen.

1. Zähmung der Dynamik: Von der Vibration zur Präzision

Bei einem Hochgeschwindigkeitsroboter geht die Präzision nicht verloren – sie wird durch unkontrollierte Dynamik gestohlen. Dies ist der Punkt, an dem Erkenntnisse aus Simcenter wesentlich werden. Um die Vibrationen wieder unter Kontrolle zu bringen, müssen Sie zunächst die komplexen Kräfte und Beschleunigungen verstehen, die nicht nur auf die Hauptroboterarme, sondern auch auf die Gelenke, Motoren und Getriebe wirken.

Mit Simcenter können Sie den gesamten Roboter simulieren Arbeitszyklus zu:

• Exakt berechnen die dynamische Belastungen und Beschleunigungen auf jedes Teil des Roboters.
• Analysieren Sie wie sich flexible Komponenten wie Arme und Getriebe unter diesen Belastungen verbiegen und vibrieren.
• Vorhersagen und neutralisieren die Resonanzfrequenzen, die die Leistung beeinträchtigen und langfristige mechanische Ermüdung verursachen.
• Optimieren Sie die Strukturdesign für maximale Steifigkeit und minimales GewichtDadurch wird sichergestellt, dass sich der Roboter sofort einstellt, um den Durchsatz und die Genauigkeit zu maximieren.

2. Richtige Dimensionierung von Aktuatoren für höchste Leistung und Effizienz

Die traditionelle „Versuch-und-Irrtum“- oder Ein-Punkt-Berechnung für die Dimensionierung von Aktuatoren ist notorisch ineffizient. Sie führt oft zu zwei schlechten Ergebnissen:

• Unterdimensionierung: Der Roboter erreicht die Leistungsziele nicht.
• Überdimensionierung: Eine häufige „sichere“ Wahl, die die Kosten, das Gewicht und vor allem den Preis erhöht, Energieverbrauch und Wärme.

Anstatt zu raten, können Sie mit Simcenter das komplette Missionsprofil des Roboters zu simulieren. Durch die Eingabe der Bewegungspfade werden die erforderliche Geschwindigkeit, das Drehmoment und die Leistung genau berechnet. Dies ermöglicht Ihnen die Auswahl der optimalen Antrieb aus einem Katalog-einer, der perfekt auf die Aufgabe abgestimmt ist und sowohl Kosten als auch Energieverschwendung minimiert.

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