Im Zuge der zunehmenden Automatisierung und Industrie 4.0-Entwicklungen mussten Roboter „intelligenter“ werden.¹ In Bezug auf die Automatisierung sind intelligentere Roboter diejenigen mit fortschrittlicheren Sensoren, die in Datenanalyse- und Feedbacksysteme integriert werden können.

Einer der gängigsten Robotertypen in der Industrie sind Roboterarme. Sie sind vielseitig einsetzbar, vom Heben und Bewegen von Objekten bis hin zu hochpräzisen Fertigungs- und Schweißprozessen.

Als Knickarmroboter kann der Roboterarm entsprechend seiner Aufgabenstellung mit einem Bewegungsbereich gestaltet werden, der es ihm ermöglicht, alle erforderlichen Bewegungen auszuführen.

Roboterarme bieten erhebliche Effizienzeinsparungen aufgrund ihrer Fähigkeit, sich viel schneller zu bewegen als ihre menschlichen Äquivalente. Sie behalten auch eine hohe Genauigkeit bei zahlreichen sich wiederholenden Aufgaben bei, die mit Herstellungsprozessen verbunden sind. Für einige Aufgaben ist es möglich, einfach einen Roboterarm zu installieren und zu programmieren, um die gewünschte Funktion auszuführen.

Für alternative Aufgaben, bei denen der Roboterarm in Verbindung mit maschinellem Sehen oder einer fortgeschritteneren Automatisierung verwendet wird, muss der Roboter jedoch in der Lage sein, auf Änderungen in der Umgebung zu reagieren und diese zu verstehen.

Eine Möglichkeit, einem Roboter zu helfen, die Welt um ihn herum zu verstehen und ihm zu ermöglichen, auf Aufgaben auf eine Weise zu reagieren, die nicht einfach vorprogrammierte und hartcodierte Parameter erfordert, ist die Verwendung von Drucksensoren.

Entwicklungen bei auf Wandlern basierenden Sensoren für Roboter haben die Schaffung von hochentwickelten beweglichen Roboterhänden ermöglicht, die in der Lage sind, empfindliche Objekte zu halten.² Die Sensorinformationen werden an Aktuatoren übermittelt, um die Anwendung übermäßiger Kraft zu vermeiden.

Druckaufnehmer

Um immer komplexere Bewegungen und Automatisierungsgrade zu erreichen, müssen noch mehr Sensoren eingesetzt werden. Eine stark bewegliche Roboterhand oder -arm erfordert eine vollständige Reihe von Sensoren, wobei Überlegungen wie die Sensorgröße für die Anwendung kritisch werden.

Die Präzision und Genauigkeit der Sensoren werden auch immer wichtiger, wenn komplexe Sensornetzwerke Feedbacksysteme für den Roboter bereitstellen.

Wenn irgendein Sensor innerhalb des Netzwerks anfängt, sich schlecht zu verhalten, wird die resultierende Roboterbewegung falsch sein und könnte problematische Bewegungen für die Artikulation des Roboters oder versehentliche Brüche verursachen.

Neben den höheren Automatisierungsgraden und der Nutzung von Daten in Fertigungsprozessen ist ein weiterer Aspekt der Industrie 4.0-Entwicklung eine stärkere Betonung der Nachhaltigkeit.

Mobile Roboterarme müssen den Stromverbrauch auf ein Minimum reduzieren, um die Betriebslebensdauer zwischen den Ladevorgängen zu verlängern. Die Vermeidung einer großen Leistungsaufnahme von Sensoren trägt auch dazu bei, die Betriebskosten des Roboters zu minimieren und einen übermäßigen Energieverbrauch zu verringern.

Drucküberwachung

Eine der allgemeinsten Aufgaben für einen Roboterarm ist das Halten und Aufnehmen von Objekten, von denen einige zerbrechlich sein können. Ein pneumatischer Aktuator wandelt Energie, meist aus Druckluft, in Bewegung um, und solche Aktuatoren bilden die Basis vieler mobiler Roboter.

Das Ausüben der angemessenen Kraft auf ein Objekt erfordert eine sorgfältige Steuerung des Druckluftvolumens, das dem Aktuator zugeführt wird. Dies wird im Allgemeinen durch Messen des Vakuumdrucks innerhalb des evakuierten Bereichs und erreicht Si-Drucksensoren sind das perfekte System dafür.

Zusätzlich zu der Anfangskraft, die aufgebracht wird, um das Objekt mit dem Aktuator aufzunehmen, können Drucksensoren verwendet werden, um den Vakuumdruck während des Haltens kontinuierlich zu überwachen, um sicherzustellen, dass ein konstantes Kraftniveau aufrechterhalten wird.

Drucksensoren in pneumatischen Aktuatoren müssen eine schnelle Reaktionszeit auf plötzliche Druckänderungen haben, insbesondere für Roboter, bei denen die physikalischen Bewegungen schnell sein müssen. Sensoren müssen außerdem hochempfindlich sein und in der Lage sein, im Vakuumdruckbereich zu messen.

Verdienst Sensorsysteme

Die Vorteile von Drucksensoren in Roboterarmen werden deutlich, wenn dynamisch reagierende Roboter geschaffen werden, die in der Lage sind, ein breiteres Spektrum anspruchsvollerer Aufgaben zu bewältigen. Die Herausforderung besteht darin, den richtigen Drucksensor für die Aufgabe zu finden.

Merit Sensor Systems ist Experte in der Entwicklung von piezoresistiven MEMS-Drucksensoren und bietet eine Vielzahl unterschiedlicher kompakter Sensoren mit geringem Stromverbrauch.

Merit Sensors hat die CMS-Serie, ein vollständig kompensiertes Drucksensorpaket für intelligente Robotik.

Basierend auf einem piezoresistiven Drucksensor mit einem ASIC zum Kalibrieren und Kompensieren von thermischer und Nichtlinearität, sind die CMS-Serien äußerst kompakte Sensoren, die entwickelt wurden, um äußerst stabile und langfristige Druckmesswerte zu liefern.

CMS-Serie

Mit einer Grundfläche von nur 6.8 mm x 6.8 mm ist die CMS-Serie erleichtert die Integration zahlreicher Sensoren in pneumatische Robotersysteme.

Das digitale Ich²C- und SPI-Ausgangsoptionen ermöglichen die einfache Integration der CMS-Sensoren in intelligente Feedbacksysteme und ermöglichen eine reaktionsschnelle Robotik. Wenn für eine Anwendung mehrere Sensoren erforderlich sind, kann Merit Sensor auch andere I²C-Adressen auf Anfrage.

Die Einbindung des proprietären Sentium^® Technologie macht die Leistung der CMS-Serie einzigartig. Diese Technologie hilft diesen Sensoren, ihren breiten kompensierten Temperaturbereich (0 bis 50 °C oder -15 bis 85 °C) mit erstklassiger Stabilität zu erreichen.

Die CMS-Serie umfasst äußerst vielfältige Sensoren mit einem umfangreichen Betriebsdruckbereich von 2 bis 150 PSI und Berstdrücken vom 2- bis 100-fachen des maximalen Betriebsdrucks.

Für die pneumatische Robotik bedeutet dieser Bereich in Kombination mit der hohen Genauigkeit und Stabilität, dass es möglich ist, Roboter zu entwickeln, die sowohl für die feinsten Hebeaufgaben als auch für schwerere Operationen geeignet sind.

Absolut- und Gauge-Optionen werden bei Bedarf zusätzlich zu Autozero- und Ausgangsmittelungsfunktionen angeboten, wodurch die CMS-Serie noch einfacher zu verwenden und in jedes System zu integrieren ist.

Die elektrischen Anschlüsse sind SMD-Lötpads mit einem Standardabstand von 1.27 mm, und die CMS-Produkte sind mit einem Versorgungsspannungsbereich von 2.7 bis 5.5 V kompatibel. Die Geräte können in einem Niedrigleistungsmodus betrieben werden, um die Energieeffizienz zu maximieren.

Die CMS-Produkte sind alle RoHS-konform, wobei die Zuverlässigkeit und Genauigkeit dieser Sensoren durch eine piezoresistive Wheatstone-Brücke untermauert wird, die das Glas anodisch an eine chemisch geätzte Siliziummembran bindet.

Wenden Sie sich an Merit Sensor Systems Entdecken Sie noch heute, wie die CMS-Serie die Leistung und Genauigkeit Ihrer pneumatischen Roboter und die Gesamteffizienz Ihrer Systeme verbessern kann.

Referenzen

1. Sartal, A., Bellas, R., Mejías, AM, & García-Collado, A. (2020). Das nachhaltige Fertigungskonzept, Entwicklung und Möglichkeiten in der Industrie 4.0: Eine Literaturübersicht. Fortschritte im Maschinenbau, 12(5). https://doi.org/10.1177/1687814020925232
2. Girão, PS, Ramos, PMP, Postolache, O., & Miguel Dias Pereira, J. (2013). Taktile Sensoren für Roboteranwendungen. Messung: Zeitschrift der International Measurement Confederation, 46(3), S. 1257–1271. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.11.015

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