Lösung

APQ AK5 Energiesparender Multi-LAN-Controller im Cartridge-Format für kollaborative Desktop-Roboter

APQ AK5 Energiesparender Multi-LAN-Controller im Cartridge-Format für kollaborative Desktop-Roboter

APQ AK5 Energiesparender Multi-LAN-Controller im Cartridge-Format für kollaborative Desktop-Roboter

Desktop-Kollaborative Roboter finden dank ihres leichten Designs, ihrer hohen Präzision und der sicheren Mensch-Roboter-Interaktion immer häufiger Anwendung in Bereichen wie der Präzisionsmontage in der 3C-Elektronik, automatisierten Forschungslaboren, der Aus- und Weiterbildung sowie der medizinischen Assistenz. Im Gegensatz zu großen Industrierobotern stellen Desktop-Kollaborative Roboter sehr spezifische Anforderungen an die Größe, den Stromverbrauch, die Schnittstellenverfügbarkeit und die Erweiterungsflexibilität ihrer Controller. Der Controller muss kompakt genug sein, um in das beengte Robotergehäuse zu passen, und gleichzeitig vielfältige Kommunikationsschnittstellen – wie mehrere LAN- und serielle Ports – zum Anschluss von Peripheriegeräten wie Bildverarbeitungssystemen, Kraftsensoren und Greifern bieten. Er muss außerdem die flexible Erweiterung von Ein-/Ausgängen, Lichtsteuerung, CAN-Bus und anderen kundenspezifischen Funktionen für verschiedene Anwendungen unterstützen.

Nach mehreren Runden der Modellauswahl und einer gründlichen Feldvalidierung entschied sich der Kunde für die APQ AK5 Low-Power Multi-LAN Cartridge-Style Controller Series als zentrale Steuerungsplattform für seinen Desktop-Kollaborationsroboter der nächsten Generation.

Herausforderung für den Kunden

  • Extrem kompakte Platzverhältnisse:Der kollaborative Desktop-Roboter verfügt über ein begrenztes Innenvolumen und einen extrem eingeschränkten Installationsraum, weshalb ein Controller mit ultrakompakter Bauform benötigt wird, der in die Roboterbasis oder das Gelenkgehäuse passt.
  • Anforderungen an die Kommunikation zwischen mehreren Geräten:Der Roboter muss gleichzeitig mit Servoantrieben, Endeffektoren, Bildverarbeitungssystemen, Kraftsensoren und anderen Geräten kommunizieren. Die Steuerung benötigt daher mehrere unabhängige Ethernet-Schnittstellen und umfangreiche serielle Kommunikationsressourcen.
  • Geringer Stromverbrauch und lüfterloses Design:Desktop-Geräte verfügen nur über begrenzte Wärmemanagementkapazitäten, daher muss der Controller sehr wenig Strom verbrauchen und eine lüfterlose passive Kühlung nutzen, um lüfterbedingte Ausfälle und das Eindringen von Staub zu vermeiden.
  • Flexible Erweiterungsmöglichkeiten:Unterschiedliche Desktop-Kollaborationsrobotermodelle haben unterschiedliche Anforderungen an Ein-/Ausgabe und Kommunikationsprotokolle. Die Steuerung muss modulare Erweiterungen unterstützen, damit Funktionen bedarfsgerecht konfiguriert werden können, ohne das gesamte System austauschen zu müssen.
  • Anpassungsfähigkeit an industrielle Umgebungen:In Fertigungswerkstätten treten häufig Temperaturschwankungen und Vibrationen der Anlagen auf, weshalb der Regler eine hohe Zuverlässigkeit, einschließlich Betrieb über einen weiten Temperaturbereich und Vibrations-/Stoßfestigkeit, gewährleisten muss.
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APQ-Lösung

AK5-Fotos (3)
  • Ultrakompaktes Gehäuse zur einfachen Integration in Desktop-Geräte:Die AK5-Serie misst lediglich 53 × 145 × 186,4 mm. Sie kombiniert einen Vollaluminium-Kühlkörper mit verzinkten Stahl-Abdeckungen an Ober- und Unterseite und unterstützt drei Montagearten: Wandmontage, DIN-Schienenmontage und Tischmontage. Ihr ultrakompaktes Gehäuse lässt sich problemlos in die Roboterbasis oder den Roboterarm integrieren und schafft so mehr Platz für andere Kernkomponenten wie Endeffektoren und Sensoren.
  • Vier Gigabit-Ethernet-Anschlüsse für effiziente Kommunikation mit mehreren Geräten:Kollaborative Desktop-Roboter müssen in Echtzeit mit verschiedenen Geräten kommunizieren können, darunter Industriekameras, Kraftsensoren, Endeffektoren und Host-Computer. Die AK5-Serie integriert vier Intel® i210-AT Gigabit-Ethernet-Controller und bietet vier unabhängige RJ45-LAN-Anschlüsse. Im praktischen Einsatz ermöglichen diese vier LAN-Anschlüsse die physische Trennung und Datentrennung für vier Kanäle: Kommunikation mit dem Bildverarbeitungssystem, Datenerfassung durch die Kraftsensoren, Steuerung der Endeffektoren und Programmierung/Debugging des Host-Computers. Dadurch werden Kommunikationsverzögerungen oder Paketverluste durch Netzwerküberlastung vermieden und eine effiziente Koordination der Subsysteme gewährleistet.
  • Mehrere Prozessoroptionen für flexible Leistungsanpassung:Die AK5-Serie bietet drei Prozessoroptionen: Intel N95, N97 und Core i3-N305. Sie verfügt über einen DDR4-SO-DIMM-Steckplatz für bis zu 32 GB Arbeitsspeicher und eignet sich ideal für industrielle Anwendungen wie Bildverarbeitung, Anlagensteuerung und Datenerfassung. Die drei Prozessorkonfigurationen decken ein breites Spektrum an Rechenanforderungen ab – von einfacher Logiksteuerung bis hin zu komplexen Bildverarbeitungsalgorithmen – sodass Kunden für jede Anwendung die passende Leistung auswählen können.
  • Modulare Erweiterung im Cartridge-Stil für bedarfsgerechte E/A-Konfiguration:Die Erweiterungsfähigkeit ist eine der Hauptstärken der AK5-Serie. Sie unterstützt eine Reihe von APQ-Erweiterungskassetten, die je nach Anwendungsanforderungen ausgewählt werden können. Verfügbare Hauptmodule: Modul 1E: 16 GPIOs (8 optoisolierte Eingänge + 8 optoisolierte Ausgänge) + 4-Kanal-Lichtsteuerung; Modul 6A: 16 GPIOs (8 optoisolierte Eingänge + 8 optoisolierte Ausgänge) + 4 RS422/RS485-Anschlüsse + 2 CAN 2.0B-Anschlüsse; Modul 6B: 16 GPIOs (8 optoisolierte Eingänge + 8 Relaisausgänge) + 4 RS422/RS485-Anschlüsse + 2 CAN 2.0B-Anschlüsse; Modul 7A: 32 GPIOs (16 optoisolierte Eingänge + 16 optoisolierte Ausgänge) + 4 RS485-Anschlüsse + 2 CAN 2.0B-Anschlüsse. Ob Mehrkanal-Lichtsteuerung, eine große Anzahl von I/O-Punkten zur Geräteüberwachung oder CAN-Bus-Kommunikation – das System lässt sich flexibel durch einfaches Austauschen des Moduls anpassen. Dank dieser modularen Erweiterungsarchitektur kann die AK5-Serie schnell an kundenspezifische Anforderungen verschiedener Desktop-Kollaborationsrobotermodelle angepasst werden, ohne dass das gesamte System ersetzt werden muss.
  • Umfangreiche Schnittstellen für die Verbindung mehrerer Geräte:Die Frontblende bietet zwei USB 3.0- und zwei USB 2.0-Anschlüsse sowie eine integrierte USB 2.0 Typ-A-Schnittstelle für einfachere Abdichtung und Installation. Zwei serielle RS232/485-Schnittstellen vereinfachen den Anschluss verschiedener Sensoren oder industrieller Steuerungen. Duale HDMI- und VGA-Ausgänge unterstützen lokales Debugging und Visualisierung. Ein Nano-SIM-Steckplatz ermöglicht zusammen mit einem Mini-PCIe-Steckplatz die Erweiterung um Wi-Fi-, Bluetooth-, 4G-, CAN- und weitere Module. Ein integrierter M.2 Key-M-Steckplatz unterstützt SATA-SSDs.
  • Lüfterlose passive Kühlung für anspruchsvolle Industrieumgebungen:Die AK5-Serie zeichnet sich durch ein vollständig lüfterloses, passives Kühlsystem aus und unterstützt einen weiten Eingangsspannungsbereich von 12–28 V DC (24 V DC sind für die Beleuchtungsfunktion erforderlich). Sie ist für einen Betriebstemperaturbereich von -20 bis 60 °C und einen Lagertemperaturbereich von -40 bis 80 °C ausgelegt und hat Vibrationstests mit 3G und Schocktests mit 30G bestanden. Dadurch ist ein stabiler Einsatz in industriellen Umgebungen mit häufigen Vibrationen möglich.

Wertvolle Errungenschaften:

  • Effiziente Koordination über mehrere Geräte hinweg:Vier unabhängige Gigabit-Ethernet-Ports sorgen für physische Isolation und Datentrennung bei Servosteuerung, Bildverarbeitung, Host-Computer-Kommunikation und Fernwartung. Dadurch werden Kommunikationsverzögerungen durch Netzwerküberlastung in Ein-Port-Architekturen vermieden und eine Echtzeitreaktion für präzise Roboterbewegungen gewährleistet.
  • Extrem kompakte Bauweise:Das ultrakompakte Chassis mit den Abmessungen 53 × 145 × 186,4 mm lässt sich problemlos in die Roboterbasis oder das Gelenkgehäuse integrieren, wodurch mehr Platz für Kernkomponenten wie Servoantriebe und Endeffektoren geschaffen und eine kompaktere Roboterkonstruktion ermöglicht wird.
  • Lüfterloses Design für langfristige Zuverlässigkeit:Der vollständig aus Aluminium gefertigte Kühlkörper in Kombination mit der lüfterlosen passiven Kühlung eliminiert Ausfallrisiken, die durch verschleißanfällige bewegliche Bauteile wie Lüfter entstehen. Er ermöglicht einen langfristig stabilen Betrieb unter den begrenzten thermischen Bedingungen von Desktop-Geräten und reduziert den Wartungsaufwand erheblich.
  • Die Erweiterung im Cartridge-Stil ermöglicht „eine Plattform, mehrere Anwendungen“:Durch den Austausch der APQ-Erweiterungskassette lässt sich das System flexibel an unterschiedliche E/A-Konfigurationen anpassen. Eine einzige Hardwareplattform in Kombination mit verschiedenen Kassetten deckt die Steuerungsanforderungen mehrerer kollaborativer Desktop-Robotermodelle ab und reduziert so die Produktentwicklungs- und Lagerkosten erheblich.
  • Industrielle Zuverlässigkeit für stabile Produktionslinien:Der Betrieb in einem breiten Temperaturbereich von -20 bis 60 °C sowie die Zertifizierungen für 3G-Vibrationen und 30G-Schocks gewährleisten einen langfristig stabilen Betrieb in industriellen Umgebungen wie 3C-Elektronikfertigungswerkstätten und bieten eine zuverlässige Steuerungsgrundlage für den großflächigen Einsatz von kollaborativen Desktop-Robotern.
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