Als Schlüsselausrüstung in der modernen Industrieautomation Industrieroboter spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Produktionseffizienz, der Steigerung der Produktqualität und der Senkung der Arbeitskosten. Allerdings stellen die hohen Anschaffungskosten oft ein großes Hindernis für Unternehmen dar, die Industrieroboter einführen möchten. Viele gehen davon aus, dass die komplexe Körperstruktur von Industrierobotern zu hohen Herstellungskosten führt. In Wirklichkeit ist das Körperstruktur macht nur etwa aus 10 %–28 % der Gesamtkosten. Was den Preis von Industrierobotern wirklich bestimmt, sind ihre Eigenschaften Kernkomponenten: Untersetzungsgetriebe, Servomotor und Controller. Zusammen machen diese drei Kernkomponenten etwa 70 % der Gesamtkosten aus und dienen als Schlüsselfaktoren für die Roboterleistung und die technologisch anspruchsvollsten Aspekte.
Der Controller ist das zentrale Steuerungssystem eines Industrieroboters und funktioniert wie ein menschliches Gehirn. Es empfängt und verarbeitet Sensordaten, führt eine Bewegungsplanung durch und koordiniert die Bewegung jedes Gelenks. Ein ausgezeichneter Controller muss die folgenden Schlüsseleigenschaften besitzen:
• Hohe Rechenleistung:
Industrieroboter müssen große Mengen an Sensordaten in Echtzeit verarbeiten und komplexe kinematische und dynamische Berechnungen durchführen, was leistungsstarke Rechenkapazitäten erfordert.
• Echtzeitleistung:
Der Controller muss schnell auf externe Befehle und Sensorrückmeldungen reagieren, um eine präzise Echtzeitsteuerung der Bewegung zu gewährleisten.
• Stabilität und Zuverlässigkeit:
Beim Betrieb in rauen Industrieumgebungen muss die Steuerung eine hohe Zuverlässigkeit und Stabilität für den Dauerbetrieb gewährleisten.
• Unterstützung für erweiterte Bewegungssteuerungsalgorithmen:
Moderne Industrieroboter führen komplexe Bewegungsbahnen aus (z. B. lineare Interpolation, kreisförmige Interpolation) und erfordern Steuerungen, die anspruchsvolle Algorithmen unterstützen.
Die Komplexität der Steuerungstechnik liegt darin Hardwaredesign, Softwareentwicklung und Algorithmusoptimierung. Hochleistungsprozessoren, präzise Sensorschnittstellen und fortschrittliche Steuerungsalgorithmen tragen alle zu den hohen Kosten bei. Darüber hinaus fallen für die Steuerung geistiges Eigentum und Lizenzgebühren an, was die Kostenstruktur weiter erhöht.
Das Untersetzungsgetriebe ist die Kernkomponente der Gelenke eines Industrieroboters und verantwortlich für die Umwandlung der Hochgeschwindigkeitsdrehung des Motors in niedrige Drehzahl, hohes Drehmoment und sorgt gleichzeitig für Bewegungspräzision und Stabilität. Es wirkt sich entscheidend auf die Tragfähigkeit, Geschwindigkeit und Positionierungsgenauigkeit des Roboters aus.
Die hohen Kosten für Reduzierstücke ergeben sich aus:
• Extreme Fertigungspräzision:
Besonders für harmonische Antriebe und RV-Untersetzungsgetriebe erfordert die Bearbeitung von Innenverzahnungen Präzision im Mikrometerbereich, erfordert teure Ausrüstung und strenge Qualitätskontrolle.
• Komplexe Herstellungsprozesse:
Die Herstellung von Reduzierstücken umfasst mehrere Schritte – Schleifen, Wärmebehandlung, Montage –, die jeweils handwerkliches Geschick und Fachwissen erfordern.
• Hohe Materialstandards:
Untersetzungsgetriebe müssen hohen Drehmomenten und Stoßkräften standhalten, weshalb hochfeste, verschleißfeste Materialien erforderlich sind, die kostspielig sind.
Unter den verschiedenen Arten von Untersetzungsgetrieben werden Harmonic Drives und RV-Untersetzungsgetriebe aufgrund ihrer hohen Präzision, Steifigkeit und Drehmomentdichte häufig in Robotergelenken eingesetzt. Allerdings sind sie aufgrund ihrer Herstellungsschwierigkeiten auch die teuersten.
Der Servomotor fungiert als „Energiequelle“ von Industrierobotern und sorgt für Bewegungssteuerung mit präzisen Positionierungs-, Geschwindigkeits- und Drehmomenteinstellungen. Im Gegensatz zu Standardmotoren ermöglichen Servomotoren eine präzise Bewegungsausführung auf der Grundlage von Steuersignalen und stellen sicher, dass Roboter vordefinierten Trajektorien folgen.
Die hohen Kosten von Servomotoren sind zurückzuführen auf:
• Hohe Reaktionsfähigkeit:
Muss sich für schnelle und präzise Bewegungen schnell an Steuersignale anpassen.
• Außergewöhnliche Präzision:
Erfordert eine hochpräzise Positions-, Geschwindigkeits- und Drehmomentsteuerung für eine reibungslose Roboterbewegung.
• Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen:
Muss hohen Temperaturen, Vibrationen und Staub in industriellen Umgebungen standhalten.
Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, verwenden Servomotoren leistungsstarke magnetische Materialien, Präzisionssensoren und komplexe Steuerungsalgorithmen, was alles zu ihren erhöhten Kosten beiträgt.
Die hohen Kosten von Industrierobotern sind nicht auf ihre Körperstruktur zurückzuführen, sondern auf ihre Kernkomponenten – Reduzierstücke, Servomotorenund Controller. Diese drei Elemente sind nicht nur entscheidend für die Roboterleistung, sondern stellen auch die höchsten technologischen Hürden in der Branche dar.
