Kabel und Steckverbinder für MRK-Roboter Kollaborative Robotik braucht sichere Verbindungstechnik

Auf dem Messestand der Lapp Gruppe bei der Hannover Messe konnten sich die Besucher von der Treffsicherheit des Basketball spielenden „Racer“ überzeugen.

Kollaborative Roboter liegen im Trend: Sie sind besonders leicht und flexibel. Je kompakter aber die Roboter werden, desto höher sind die Anforderungen an die Verbindungstechnik. Kabel, Leitungen und Steckverbinder sind entsprechend anzupassen, was gar nicht so einfach ist.

Auch kompakte und leichte, kollaborative Roboter brauchen natürlich Leitungen, die die Antriebe mit Energie versorgen, den oder die Greifer öffnen und schließen sowie Daten von Sensoren und Kameras übermitteln. Diese Leitungen müssen platz- und gewichtssparend sein. Im Gegensatz zu den herkömmlichen großen Industrierobotern sind die Leitungen bei den Leichtbaurobotern vollständig im Inneren des Arms verlegt. Außen wären sie bei der Zusammenarbeit mit dem Menschen ständig im Weg. Für die Leitungen bedeutet dies, dass ihre Biegeradien innen im Roboter noch enger werden als wenn sie außen verlegt würden. Die Leitungen werden fast schon geknickt.  

Um Leitungen kompakter und robuster zu machen, gibt es einige Stellhebel. Grundsätzlich ist zu beachten, dass man am Kupfer nicht sparen darf. Die Dicke des Leiters ist von der Anwendung vorgegeben, etwa vom Leistungsbedarf der Servomotoren. Trotzdem kann man beim Leiterquerschnitt sparen, weil die Kompaktroboter meist auch weniger Strom benötigen. Manchmal sind Servoleitungen auch überdimensioniert, weil die Konstrukteure die gleichen Leitungen verwenden wie in größeren Robotern, deren Servomotoren noch größer sind und mehr Leistung brauchen. Würde man maßgeschneiderte Verbindungstechnik einsetzen, hätte dies einen weiteren Einspareffekt. Und wenn nur wenige Sensoren mit einfachen binären Signalen wie Positionssensorik abgefragt werden sollen, dann ist keine schnelle Cat.6A-Ethernet-Leitung nötig - eine Cat.5-Leitung reicht in solchen Fällen völlig aus.

Aber es gibt noch weitere Stellhebel für eine leichtere Verkabelung, etwa bei der Isolation. Sie verhindert Kurzschlüsse zwischen den Adern und hat besonders bei Datenleitungen für Feldbusse oder Ethernet einen großen Einfluss auf die Datenübertragungseigenschaften. Um gute Übertragungseigenschaften zu erreichen, muss die Kapazität möglichst niedrig sein. Sie wird definiert durch den Abstand der Adern zueinander und das isolierende Material dazwischen, das sogenannte Dielektrikum. Deshalb ist ein Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante als Isolation zu verwenden. Ein bewährtes Material hierfür ist PE (Polyethylen). Um die Datenübertragungseigenschaften von PE weiter zu verbessern, wird bei hochwertigen Datenleitungen das PE beim Extrusionsprozess mit Stickstoff aufgeschäumt. Durch Regelung der dafür eingebrachten Gasmenge beim Produktionsprozess sind Kapazität und Impedanz exakt einstellbar. Sind die Parameter Isolationsdicke und Gasmenge präzise abgestimmt, lässt sich eine dünne, platzoptimierte Leitung fertigen.