Gruppe
Industrielle Leistungselektronik

Stromversorgung für Roboter-Gelenkantrieb

Ziel des Projektes

Entwicklung einer in den Gelenkantrieb für moderne Leichtbau-Roboter integrierbaren Stromversorgung

Herausforderungen

• Mechatronische Integration (Bauraumangepasste Struktur)
• Acht geregelte Ausgangsspannungen auf drei gegeneinander isolierten Potentialebenen
• Gesamtausgangsleistung 12 W
• Weitbereichsspannungseingang
• Sehr geringe elektromagnetische Emissionen
• Reduzierung des Bauvolumens und drastische Reduzierung der Herstellkosten gegenüber bisherigen Lösungen

Kurzbeschreibung, Ergebnisse

Der am Gelenkmotor verfügbare Bauraum machte einen geschalteten Wandler erforderlich, der aber aufgrund der unmittelbaren Nähe zu hochsensibler analoger Signalverarbeitung sehr störungsarm sein musste. Eine mit Hilfe von PSpice und MathCAD EMV-technisch optimierte Schaltung ermöglichte es in Verbindung mit einem Weitbereichsspannungseingang, die Stromversorgungseinheit direkt aus dem zentralen DC-Bus für die Motorspannung zu speisen. Dadurch konnte gegenüber dem Vorgängerroboter ein gesamter zweiter Versorgungsbus eingespart werden. Der Einsatz moderner Planarübertragertechnologie erlaubte nicht nur eine Reduzierung des Bauvolumens und eine Erhöhung der mechanischen Robustheit, sondern auch eine erhebliche Reduzierung der Herstellungskosten.

Besonderes Augenmerk bei der Entwicklung galt der Entwärmung der Leistungselektronik, die ja unmittelbar auf dem für hohe Betriebstemperaturen ausgelegten Motor montiert ist. Mittels speziell entwickelter Parameterextraktionsverfahren konnten die Ergebnisse von transienten thermischen 3D-FEA Simulationen sehr effizient für elektrisch/thermische Schaltungssimulationen unter PSpice genutzt und damit die thermischen Auslegungen optimiert werden.

Projektpartner

DLR Institut für Robotik und Mechatronik, Oberpfaffenhofen „Leichtbauroboter“.

Laufzeit

2000 - 2002

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Markus Billmann
Tel.: 0911 / 235 68-20 (Nürnberg)
Fax: 0911 / 235 68-12