Infineon setzt auf Roboter

ICs für die neue Roboter-Generation

12. März 2018, 14:25 Uhr | Heinz Arnold

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Radar-Sensoren

Die Roboter sensitiv zu machen funktioniert nur mit ausgeklügelter Sensortechnik: So entstehen virtuelle Zäune, die für die Sicherheit sorgen. Dazu sind Verfahren erforderlich, die sich ergänzen – und die weit mehr bieten, als lediglich Lichtschranken anstelle der Zäune einzurichten. Hier arbeitet Infineon an Time-of-Flight-Konzepten (ToF) sowie Radar-Sensoren, sodass die Roboter aus verschiedenen Quellen Informationen darüber erhalten, was sich in ihrer Umgebung abspielt und auf was sie achten müssen. Müller gibt dazu ein Beispiel: »In unserer Fab in Dresden fährt bereits ein Roboter, der Bewegungsrichtungen antizipieren kann. Er arbeitet mit ToF-3D-Kameras sowie mit redundanten 24- und 60-GHz-Radarsystemen. Über Sensorfusion lassen sich so relativ günstig die wesentlichen Informationen gewinnen – viel intelligenter als über Lichtschranken.«

GaN- und SiC-ICs

Auf der Ebene der Leistungshalbleiter sorgen die kompakten Motoransteuerungen dafür, dass der Roboter kraftvoll zupacken kann. Infineon bietet ein umfangreiches Spektrum an IGBTs und MOSFETs und entwickelt emsig an neuen Techniken wie GaN und SiC, um die Effizienz der Systeme weiter zu erhöhen. Damit dabei die funktionale Sicherheit gewahrt bleibt, hat Infineon die Controller der Aurix-Familie mit umfangreichen Security-Features ausgestattet.

Safety und Security wachsen zusammen

Sowohl Security- als auch Safety-kritisch ist die Kalibrierung der Systeme. Würde ein Hacker die Kalibrierungen ändern, könnte die Maschine beispielsweise ihre vorgegebenen Bewegungsgrenzen überschreiten, ohne dass dies die anderen Safety-Systeme merken würden. »Hier wachsen Security und Safety zusammen, das ist eine wichtige Anforderung für künftige Systeme«, erklärt Müller. »Nur Systeme, die für den Menschen sicher sind, also secure, sind auch funktional sicher, also safe.«

Zudem verlangen jetzt die Versicherungen, dass in Black Boxes die Daten abgelegt werden, die im Falles einer Störung darüber Auskunft geben, was genau passiert ist – und wer für den Fehler verantwortlich ist. Das verlangen schon die Versicherungen. »Es muss natürlich alles dafür getan werden, dass diese Daten im Nachhinein nicht manipuliert werden können«, erklärt Müller. »Wir entwickeln hier eigene Konzepte, arbeiten aber auch mit Partnern zusammen, wie etwa WIBU.« Das Karlsruher Unternehmen hat beispielsweise Schutzsysteme für IP zur Monetarisierung von Lizenzen entwickelt. Außerdem kann so gewährleistet werden, dass Maschinen unabhängig davon, wo sie produzieren, nur das produzieren, was ihr Auftrag vorsieht – und nicht nebenbei oder im Anschluss noch ein paar Produkte mehr für den Schwarzmarkt.

Sensoren braucht der Roboter nicht nur, um die Käfigzäune zu überwinden, er muss auch genau erkennen, was er mit seinen Werkzeugen tut. Um ihm zu ermöglichen, das Material und die Objekte zu erkennen, hat Infineon weitere Sensoren im Programm, beispielsweise 3D-Magnet-, Winkel-, Druck- und Stromsensoren.

Eine ganz wesentliche Rolle spielen in den Robotern effiziente und kompakte Stromversorgungen und Ladefunktionen. Auf Basis der SiC- und der GaN-Technik konnte Infineon im Vergleich zu konventionellen Batterieladegeräten die Leistungsdichte um den Faktor 5 steigern; die Ladezeit für mobile Roboter hat sich um den Faktor 2 verkürzt. Auch drahtlos zu laden ist möglich. Noch besser lässt sich die Energie nutzen, wenn das Bremsen dazu genutzt wird, sie wieder zu laden (Rekuperation). Das machen die Leistungshalbleiter genauso möglich wie die bessere Nutzung der Batterien in unterbrechungsfreien Stromversorgungen. Die Batterien müssen jetzt nicht mehr nur vor sich hin warten, falls sie im entscheidenden Augenblick in voller Stärke gebraucht werden, sondern lassen sich unterdessen für andere Aufgaben nutzen.

Dr. Clemens Müller, Infineon: »Wir bieten von den Controllern über das Power-Management bis zu den Sensoren und der Leistungselektronik eine umfangreiche Palette von Bausteinen, mit deren Hilfe wir die Elektronik für die neue Generation von kollaborativen Robotern liefern können. Weil alles aus einer Hand kommt, können wir die Bauelemente auf ihr Zusammenspiel in den jeweiligen Zielsystemen optimieren.« Die automatisierte Montage reduziert die Montagezeit wegen des konstanten horizontalen Materialflusses um 42 % und die Lohnkosten um 33 %.

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