Fünf-Achsen-Roboterarm TCP/IP über Raspberry Pi

Henschel-Robotics' HDrive17-Motorserie adressiert mit der direkten IP-Kommunikation das RapidPrototyping. Ein Beispiel zeigt der Anwendungsfall Fünf-Achsen-Roboterarm.

Der direkt programmierbare Fünf-Achsen-Knickarmroboter Woody wurde in Eigenentwicklung konstruiert: Das schließt Antriebsauslegung, Wellenlagerung, Kabelführung und die Kinematik mit ein. Eine Motivation stellt die Frage nach der industriellen Relevanz von Makerprodukten in der Robotik.

Der Roboter kann auf eine sechste Achse erweitert werden. Die Konstruktionszeit beträgt lediglich zwei Wochen, nicht zuletzt, weil die Antriebsmotoren keine Entwicklungszeit fordern. Zudem wurden einige Prototypen einzelner Kernkomponenten entworfen, was zusätzliche Zeit beanspruchte.

Den wichtigsten Roboterteil bilden die Servomotoren vom Typ HDrive17-ETH der Firma Henschel-Robotics. Diese Antriebe integrieren Leistungselektronik und Sensorik direkt über dem Motor und bieten eine Ethernet/IP-Schnittstelle. Als Peripherie wird daher nur ein Netzteil und ein Steuerungs-PC - hier ein Raspberry Pi - notwendig.

Die Steuerung sendet alle fünf Achsenwinkel direkt an den Roboter, damit gestaltet sich das System sehr dynamisch. Mit Fünf-Achsen-Kinematik kann der Endeffektor zu drei Translationen (x,y,z) und zwei Rotationen (α,β) bewegt werden. (Bei sechs Achsen: zusätzliche Rotation um den Winkel γ) Die Winkel werden in Bezug zum Koordinatenursprung im Robotersockel gemessen und von der Software ins Robotersystem übersetzt. Somit kann die selbe kartesische Koordinate (x,y,z) aus verschiedenen Richtungen angefahren werden - was sehr eindrücklich ist.

Oder anders gesprochen: Die fünf Roboterantriebe arbeiten simultan um die Orientierung zu wechseln - der Endeffektor zeigt dabei immer auf denselben Punkt, aber aus unterschiedlichen Richtungen. Den Arbeitsbereich bildet eine Halbkugel um den Robotersockel mit etwa 0,5 Metern Durchmesser. Der Roboter wiegt rund 15 Kg.