Antriebssysteme für mobile Logistikroboter

Ein integrierter Radantrieb von maxon ist ein modulares Antriebssubsystem für autonome mobile Roboter (AMRs). Er vereint Rad, Motor, Getriebe und Bremse in einer kompakten, aufeinander abgestimmten Einheit. Je nach Konfiguration lässt sich der Radantrieb innerhalb der übergeordneten Fahrzeugarchitektur mit kompatiblen maxon-Komponenten zur Bewegungssteuerung und funktionalen Sicherheit kombinieren.

Der Radantrieb liefert auf kleinem Bauraum das erforderliche Drehmoment für Nutzlastbewegungen und Manöver, während die Bremse kontrolliertes Anhalten und sicheres Halten unter Last ermöglicht. Dank seiner modularen Konstruktion bietet der Radantrieb eine klar definierte Schnittstelle zur Anpassung an unterschiedliche AMR-Plattformen und Anwendungsanforderungen.

Zu den Sicherheitsoptionen können Funktionen wie Safe Torque Off (STO, sicher abgeschaltetes Moment), Safe Brake Control (SBC, sichere Bremsenansteuerung), Safe Limited Speed (SLS, sicher begrenzte Geschwindigkeit) und Safe Stop 1 (SS1, sicherer Stopp 1) gehören. STO schaltet das Motordrehmoment ab, SBC steuert die Bremse, SLS hält den Antrieb innerhalb einer festgelegten Drehzahlgrenze und SS1 bringt ihn kontrolliert zum Stillstand. Die Integration dieser Funktionen in das Antriebskonzept kann die Fahrzeugarchitektur vereinfachen und einen besser reproduzierbaren Entwicklungsansatz ermöglichen.
 

Ingenieure benötigen ein Antriebssystem, das das erforderliche Raddrehmoment, die nötige Tragfähigkeit, Geschwindigkeit und Bremsleistung in einem kompakten, zuverlässigen Gesamtpaket bietet. Zu den wichtigsten Anforderungen zählen der passende Nennspannungsbereich, der Raddurchmesser, das Dauer- und Spitzendrehmoment am Rad, die radiale Tragfähigkeit, die zulässige Einschaltdauer und die erwartete Lebensdauer. Das System sollte ausserdem wesentliche Komponenten enthalten oder unterstützen, etwa einen Encoder für die geregelte Bewegungssteuerung, eine Haltebremse zum sicheren Anhalten unter Last und eine Steuerung, die sich in die Fahrzeugarchitektur integrieren lässt. Kommunikationsschnittstellen wie CANopen und EtherCAT sind für die Anbindung des Antriebs an das AMR-Steuerungssystem wichtig. Eine vereinfachte Hybridverkabelung kann zudem den Installationsaufwand reduzieren und die Zuverlässigkeit erhöhen. Für sicherheitskritische Anwendungen benötigen Ingenieure ausserdem Funktionen wie Safe Torque Off und Safe Brake Control, um das Motordrehmoment sicher abzuschalten und das Fahrzeug im Stillstand zuverlässig zu halten. Ein integrierter Radantrieb erfüllt diese Anforderungen, indem er Motor, Getriebe, Rad, Bremse und Rückführungssystem in einem validierten Subsystem vereint. Dadurch verringern sich die Entwicklungskomplexität, die Inbetriebnahmezeit und das Integrationsrisiko. maxon erfüllt all diese Anforderungen.

Funktionale Sicherheit ist entscheidend, denn ein AMR-Antriebssystem muss mehr leisten als die reine Bewegung des Roboters. Es muss auch bei wechselnden Nutzlasten, Betriebsbedingungen und Fahrzeugkonfigurationen sicher abbremsen, anhalten und Position oder Geschwindigkeit halten.

In einem integrierten Antriebssystem sind Rad, Motor, Getriebe und Bremse so aufeinander abgestimmt, dass sie als definiertes Subsystem zusammenwirken. Dadurch lässt sich das sicherheitsbezogene Verhalten leichter in die übergeordnete Fahrzeugarchitektur integrieren und auf unterschiedliche AMR-Plattformen übertragen.

Funktionen wie Safe Torque Off (STO, sicher abgeschaltetes Moment), Safe Brake Control (SBC, sichere Bremsenansteuerung), Safe Limited Speed (SLS, sicher begrenzte Geschwindigkeit) und Safe Stop 1 (SS1, sicherer Stopp 1) unterstützen ein vorhersehbares sicherheitsbezogenes Verhalten. STO schaltet das Motordrehmoment ab, SBC steuert die Bremse, SLS hält den Antrieb innerhalb einer festgelegten Drehzahlgrenze und SS1 bringt ihn kontrolliert zum Stillstand. Die Integration dieser Funktionen in das Antriebskonzept kann die Fahrzeugarchitektur vereinfachen und einen besser reproduzierbaren Entwicklungsansatz unterstützen.

Mit einem modularen, integrierten Antriebssystem können Entwicklungsteams bewährte Bewegungs- und Sicherheitsfunktionen für unterschiedliche Fahrzeugvarianten wiederverwenden. Dies reduziert den Integrationsaufwand, vereinfacht die Validierung und unterstützt einen einheitlicheren Entwicklungsprozess für AMRs in dynamischen Logistikumgebungen.

Integrierte Antriebssysteme verringern die Komplexität der Sicherheitsvalidierung, indem sie wichtige sicherheitsbezogene Funktionen, die Motorsteuerung und das Bremsverhalten in einem definierten und dokumentierten Subsystem zusammenführen. Dadurch erhalten die Entwicklungsteams klarer definierte Schnittstellen, und die Zahl der auf Fahrzeugebene zu bewertenden Wechselwirkungen sinkt.

Sofern verfügbar, kann eine vorzertifizierte Antriebslösung dem AMR-Hersteller als klar definierte Grundlage für die Verifikation dienen. Dies ersetzt weder die Risikobewertung noch die Validierung auf Fahrzeugebene. Es kann jedoch den Prüf- und Dokumentationsaufwand an den Schnittstellen verringern, wenn das sicherheitsbezogene Verhalten des Gesamtfahrzeugs gegenüber einer benannten Stelle nachgewiesen wird.

Ein kompaktes, hochintegriertes Antriebssystem beansprucht weniger Bauraum und reduziert das Gesamtgewicht des Fahrzeugs. Dadurch bleibt mehr Platz für Batterien, Sensoren, Nutzlasten und andere wichtige Komponenten. Durch die Kombination präzise aufeinander abgestimmter Komponenten mit hoher Leistungsdichte erzielt der Radantrieb einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Leistung bei geringerem Bauraumbedarf.

Dadurch verlängert sich die Betriebszeit zwischen den Ladevorgängen, und die Systemarchitektur wird einfacher.

Die Antriebssysteme von maxon sind modular aufgebaut und vielseitig konfigurierbar. Standardanpassungen können die Markteinführungszeit verkürzen, während massgeschneiderte Varianten die spezifischen mechanischen, elektrischen und funktionalen Anforderungen des jeweiligen AMR erfüllen.

Die Entwicklungsteams von maxon begleiten den gesamten Prozess vom Konzept bis zur Serienfertigung. Sie passen den Radantrieb an die Fahrzeugarchitektur an und stellen digitale Konstruktionsdaten für Integration, Verifikation und Validierung bereit.