Die Murrelektronik GmbH ist ein weltweit tätiger Anbieter von Automatisierungs- und Installationstechnik mit einem starken Fokus auf dezentrale Systemarchitekturen. Da Maschinenbauer zunehmend nach flexibleren Alternativen zu herkömmlichen schaltschrankbasierten Roboterarchitekturen suchen, verfolgte das Unternehmen einen neuen Ansatz. Gemeinsam mit Danfoss entwickelte Murrelektronik ein Robotikkonzept, das zeigt, wie Robotik in eine dezentrale Automatisierungsarchitektur integriert werden kann. Die autonox Robotics GmbH unterstützte das Projekt in den Bereichen Mechanik und Inbetriebnahme.
Die Herausforderung: Dezentrale Automatisierung auf die Robotik ausweiten
Im Rahmen seiner Automatisierungsplattform Vario-X wollte Murrelektronik einen Demonstrator entwickeln, der zeigt, wie sich die Prinzipien der dezentralen Automatisierung unter Einsatz von maschinenintegrierter Industrierobotik und Servoantrieben auf Robotikanwendungen übertragen lassen. Vario-X wurde entwickelt, um Steuerung, Energieverteilung und I/O näher an die Maschine zu bringen und damit eine modulare Alternative zu klassischen schaltschrankbasierten Automatisierungsarchitekturen bereitzustellen. Ziel war es, Maschinenbauern und Systemintegratoren eine praxisorientierte Referenzlösung für zukünftige modulare Maschinenkonzepte zu bieten.
Traditionelle Industrieroboter basieren in der Regel auf zentralisierten Architekturen, bei denen Robotersteuerung und Servoantriebe im Schaltschrank installiert werden. In solchen Lösungen benötigt jeder Motor eigene Leistungs- und Rückführungsleitungen, was zu aufwendiger Verdrahtung und langen Kabelwegen zwischen Antrieben und Motoren führt. Dies erhöht den Installationsaufwand, erfordert größere Schaltschränke und schränkt die Flexibilität modularer Maschinenkonzepte ein.
Zur Umsetzung des Konzepts benötigte Murrelektronik eine Motion-Control-Lösung, die eine dezentrale Installation direkt am Roboter ermöglicht und gleichzeitig die für Robotikanwendungen erforderliche Präzision, Sicherheit und Kommunikationsfähigkeit bietet. Eine Plattform zu finden, die all diese Anforderungen in einer einzigen Lösung vereint, stellte eine zentrale Herausforderung dar.
Die Lösung: Direkt am Roboter montierte dezentrale Servoantriebe
Für das Projekt entschied sich Murrelektronik für VLT® FlexMotion™ als Motion-Plattform und arbeitete dabei mit Danfoss bei der Entwicklung des Konzepts sowie mit autonox Robotics im Bereich Mechanik zusammen. Die Lösung wurde an einem 6-Achs-Industrieroboter demonstriert, der für Anwendungen wie Materialhandling, Montage, Dosieren und Schweißen ausgelegt ist.
Eine wesentliche Anforderung bestand darin, eine dezentrale Servoplattform zu finden, die direkt am Roboter montiert werden kann und dennoch fortschrittliche Bewegungssteuerung, funktionale Sicherheit und offene Kommunikationsschnittstellen bietet. Laut Murrelektronik erfüllte das Servo-Portfolio von Danfoss diese Anforderungen in einer einzigen Lösung.
Marco Bosch (Global Head of Solution Engineering, Murrelektronik):
„Wir haben den Markt nach einer dezentralen Servolösung untersucht, und der VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 passte hervorragend zu unserem Konzept. Für moderne Robotikanwendungen reicht Safe Torque Off allein nicht aus. Wir benötigen erweiterte Safe-Motion-Funktionen, die es ermöglichen, Flexibilität, Produktivität und Maschinensicherheit miteinander zu verbinden.“
Danfoss stellte Motion-Control-Technologie aus dem Portfolio VLT® FlexMotion™ bereit, darunter den VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520, das VLT® Power Supply Module PSM 520 sowie die integrierte Erweiterung Decentral Access Module (DAM), die eine zentrale Spannungsversorgung für dezentrale Antriebe ermöglicht. Ergänzt wurde die Lösung durch Hybridkabel. Gemeinsam lieferten diese Komponenten die für die Roboteranwendung erforderliche hochpräzise und dynamische Bewegungssteuerung und unterstützten gleichzeitig das Ziel von Murrelektronik, eine dezentrale Architektur mit reduziertem Schaltschrankbedarf zu demonstrieren.
Der VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 vereint Servoregler und Servomotor in einer kompakten Einheit. Durch die direkte Montage der Antriebe am Roboterarm entfällt die klassische Installation von Servoreglern im Schaltschrank. Gleichzeitig wird eine vollständig dezentrale Maschinenarchitektur mit Daisy-Chain-Verkabelung ermöglicht. Die Motion-Control-Funktionalität ist direkt in den Antrieb integriert. Dank einfacher Konnektivität konnte Murrelektronik die Lösung von Danfoss unkompliziert in die eigene Engineering-Umgebung einbinden.
Die nahtlose Integration in die SPS-Umgebung von Murrelektronik vereinfachte die Systemintegration zusätzlich und beschleunigte die Inbetriebnahme erheblich.
Julien Schuhler (Head of R&D bei autonox Robotics):
„Obwohl die Konzeptstudie einen Knickarmroboter zeigt, spielt das Daisy-Chain-Prinzip seine Stärken insbesondere bei Delta-Kinematiken aus. Aus Sicht von autonox unterstreicht die Kombination aus Parallelkinematik und Antriebstechnik den klaren Trend hin zu dezentralen Architekturen: integrierte Servoantriebe, reduzierte Hybridverkabelung und offene Schnittstellen ermöglichen eine überlegene Dynamik bei gleichzeitig deutlich geringerem Integrations- und Wartungsaufwand.“
Die Vorteile von VLT® FlexMotion™ auf einen Blick
- Dezentrale Servoantriebe ermöglichen die direkte Installation an der Maschine und reduzieren den Platzbedarf im Schaltschrank.
- Hochpräzise und dynamische Bewegungssteuerung für Robotikanwendungen.
- Saubere und minimalistische Verkabelung durch das Daisy-Chain-Konzept.
- Offene Kommunikation mit Unterstützung verschiedener Industrieprotokolle und moderner Dezentralisierungsansätze.
- Integrierte Sicherheitsfunktionen und Sicherheitsbremsen erhöhen die Bedienersicherheit und reduzieren gleichzeitig die Systemkomplexität.
- Kompakte Antriebe ermöglichen die direkte Montage am Roboterarm.
- Breites Portfolio mit zahlreichen Antriebsgrößen und Drehmomentvarianten für jede Roboterachse.
- Optimale Unterstützung modularer und flexibler Maschinenarchitekturen.
- Siliziumkarbid-Module (SiC) für verbesserte thermische Effizienz und höhere Leistungsfähigkeit.
Eine starke Engineering-Partnerschaft
Bei diesem Projekt handelte es sich nicht um eine gewöhnliche Roboterinstallation, sondern um ein strategisches Validierungsprojekt zur Demonstration eines neuen Robotik-Architekturansatzes.
Über einen Zeitraum von sechs Monaten bündelten Murrelektronik, autonox Robotics und Danfoss ihr Know-how in den Bereichen dezentrale Automatisierung, Robotermechanik und Bewegungssteuerung, um eine vollständig funktionsfähige Robotikplattform zu entwickeln. Die enge technische Zusammenarbeit der drei Partner war ein entscheidender Erfolgsfaktor für die praktische Umsetzung des Konzepts.
Christian Schröder (Global Business Development Manager, Motion Drives bei Danfoss):
„Durch die Kombination unserer VLT® Integrated Servo Drive ISD® 520 Servoantriebe mit dem Know-how von Murrelektronik und autonox Robotics haben wir eine wegweisende Robotiklösung geschaffen, die den Installationsaufwand auf ein Minimum reduziert. Mich motiviert es, starke Partnerschaften zu schaffen, die Kundenprobleme lösen und die Grenzen des Machbaren in der Automatisierung neu definieren. Gemeinsam verkaufen wir nicht nur Komponenten, sondern gestalten die Zukunft des Maschinenbaus.“
Das Ergebnis: Eine skalierbare Referenzarchitektur für die Roboterautomation
Das Projekt führte zu einer getesteten und vollständig funktionsfähigen kompakten dezentralen Automatisierungsarchitektur und bietet damit eine praxiserprobte Referenzlösung für Maschinenbauer, OEMs und Systemintegratoren, die dezentrale Maschinenkonzepte umsetzen möchten. Durch die Verlagerung der Servoantriebe direkt an den Roboter und den Wegfall von Schaltschrank-Servoreglern konnte der benötigte Schaltschrankplatz um 60 % reduziert werden. Das Daisy-Chain-Verkabelungskonzept verringerte die Kabellängen zusätzlich um bis zu 80 %. Dadurch konnten nicht nur die Verkabelungskosten gesenkt werden, sondern auch eine deutlich kompaktere und aufgeräumtere Maschinenarchitektur realisiert werden.
Der ISD® 520 unterstützt die meisten gängigen industriellen Kommunikationsprotokolle und lässt sich daher einfach in verschiedenste Automatisierungsumgebungen integrieren. Gleichzeitig ermöglicht er eine schnelle und unkomplizierte Inbetriebnahme.
Diese Eigenschaften zeigen eindrucksvoll, wie dezentrale Motion-Control-Lösungen Maschinenbauern helfen können, die Komplexität ihrer Systeme zu reduzieren, ihre Flexibilität zu erhöhen und dezentrale Maschinenarchitekturen erfolgreich auf die Robotik auszuweiten.