Pomerne pokojné vody na trhu s robotikou rozbúrili noví hráči a nové oblasti použitia. Skladové priestory Amazonu majú na starosti roboty KIVA. V posledných rokoch skúpila spoločnosť Google deväť firiem zaoberajúcich sa robotikou, okrem toho angažovala renomovaných odborníkov na robotiku a neurónové siete. Nezaháľala ani jedna z najväčších výrobných firiem na Taj-wane - Foxconn, ktorej šéf oznámil, že do roku 2016 chcú nasadiť milión foxbotov (špeciálnych robotov).
Práve kvôli týmto informáciám nikoho neprekvapí, že pre výrobcov káblov a komponentov je robotika kráľovskou disciplínou. Pre skupinu Lapp je robotika strategickým trhom. Spoločnosť U.I. Lapp so sídlom v Stuttgarte zorganizovala v máji tohto roka výročnú 15. tlačovú konferenciu venovanú robotike v meste Sainte Maxime na Azúrovom pobreží Francúzska.
Nervový systém automatizačného systému
Ak je riadiaci systém srdcom automatizačného systému, tak káble sú synonymom nervového systému. A z pohľadu spojovacej techniky patria do robotiky všetky aplikácie, kde sa energetické nosiče vrátane káblov pohybujú v troch rozmeroch, teda minimálne v troch osiach.
Konferenciu otváral Siegbert E. Lapp, člen predstavenstva Lapp Holding AG zodpovedný za výskum, vývoj a výrobu, ktorý rozprával o výzvach robotiky pre používané komponenty ako sú káble, vedenie a spojovacie prvky.
Nové materiály ako sú uhlíkové vlákna a nároky na energetickú efektívnosť si vyžadujú úpravy výrobných liniek, nástrojov a procesov. Moderné priemyselné roboty vykonávajú komplikované pohyby vyznačujúce sa extrémnou rotáciou a striedaním pohybu. Ak je priestor vo vnútri robota obmedzený, čo sa stáva čoraz častejšie, káble a vedenie je nutné zlučovať do tzv. hybridných vedení.
Frank Rothermund, Market Manager Robotics U.I. Lapp, vo svojej prednáške rozvinul predchádzajúce informácie. Skupina Lapp sa venuje robotike už viac ako 30 rokov. Zaoberá sa nielen výrobou riadiacich a dátových káblov ale i špeciálnych hybridných vedení a kompletných káblových riešení. A práve riešenia pre robotické aplikácie predstavujú kráľovskú disciplínu v oblasti káblovej techniky.
Špeciálnou a zároveň aj najdôležitejšou skupinou zákazníkov sú výrobcovia automobilov. Všetky komponenty musia spĺňať maximálne nároky na kvalitu a životnosť. Ak by nedopatrením zlyhal kábel, zastaví sa celý výrobný pás a za krátky čas dôjde k miliónovým škodám.
Nie je kábel ako kábel
Existuje nepreberné množstvo aplikácií a k tomu odpovedajúce množstvo typov a variant robotických systémov. U každého zákazníka sa požiadavky na jednotlivé komponenty líšia. Nie je tomu inak ani pri káblových systémoch.Z dôvodov extrémnych rotačných pohybov a striedania ohybu na robotických systémoch musia byť použité vedenia vysoko flexibilné, disponovať malým polomerom ohybu a vydržať vysoké namáhanie na krut.
Ďalším problémom sú obmedzené priestory pre vedenie káblov, rôzne druhy vysokonapäťových a dátových káblov musia byť vedené v minimálnom priestore robota. Preto sa v robotike často využívajú hybridné káble, ktoré v jednom plášti združujú viac vedení. Požiadavky na EMC (elektromagnetickú kompatibilitu) sú veľmi vysoké. Lenže aj hybridné káble musia mať vysokú flexibilitu a stabilitu voči trvalému namáhaniu na krut a voči striedavým ohybom.
Preto je podľa Jasquesa Besia, vedúceho výroby v spoločnosti Lapp Muller, dôležité poznať pri konštrukcii káblov rôzne dostupné možnosti a ich výhody a nevýhody pre danú oblasť použitia: tienenie je obecne pri výrobe káblov vyriešené dvoma spôsobmi, buď medeným tieniacim opletom alebo obložením.
Medený tieniaci oplet používa opletené medené drôty do hadice s malými očkami, ktoré obklopuje kábel. Touto metódou sa dajú dosiahnuť obzvlášť vysoké hodnoty tienenia proti elektromagnetickému žiareniu a preto sa oplet používa v mnohých hybridných vedeniach. V robotike však oplet predstavuje problém, pretože pri pohyboch robotického systému sú káble vystavené extrémnemu ohybu či krutu a vrstvy medeného opletu sa pohybujú pri silnom krútení dovnútra a von. Dochádza pri tom nielen ku poškodeniu opletu ako takého, ale môže dôjsť a ku poškodeniu ďalších komponentov káblu. Pri torzii 360° na meter často klesá už po 100 000 cykloch účinnosť tieneného káblu.
Preto sa pre robotické káble používa alternatívna metóda obložením. Obloženie sa vytvára špirálovým návinom medeného drôtu alebo fólie iba v jednom smere. Keďže je opotrebenie veľmi malé, táto metóda je vhodná pre dynamické aplikácie. Pri pohybe so striedavým ohybom s polomerom odpovedajúcim desaťnásobku vonkajšieho priemeru káblu je tienenie schopné vydržať bez poškodenia viac než 10 miliónov cyklov.
Nevýhodou oproti opletu je však skutočnosť, že pri určitom skrútení alebo ohybe môžu vznikať v tienení dočasné medzery. Hodnoty tienenia (vrátane EMC) sú pri ideálnom stave obidvoch tienení vyššie u opletu. Ak sa teda vyžaduje maximálne tienenie a je možné akceptovať kratšiu životnosť, padá voľba na oplet z medených drôtov. Ak je rozhodujúca dlhá doba použiteľnosti káblu bez jeho poškodenia, ponúka sa riešenie obložením.
Výrobcovia majú rešpekt pred káblami určeným pre robotické aplikácie. S ohľadom na ďalší vývoj a vyššie materiálové straty je tento typ obchodu pre mnohých z nich stratový. Dopyt od zákazníkov je navyše časovo ohraničený, čiže podmienky sú schopní dodržať len špecialisti.
Testovanie vysokovýkonných káblov
Súčasťou konferencie bola aj návšteva výrobného závodu Lapp Muller v Grimaud, kde sme mali možnosť prehliadnuť si celú výrobu vrátane testovacej prevádzky. Štandardné produkty alebo novo vyvinuté káble je nutné otestovať na trvalé zaťaženie pri určitých pohyboch. Preto je potrebné zrealizovať testy káblov za podmienok blízkych praxi. Je nutné poznamenať, že žiadne priemyselné štandardy pre skúšky vysoko výkonných káblov však neexistujú. Spoločnosť Lapp Muller (Grimaud) v spolupráci so spoločnosťou Lapp Systems (Stuttgart) preto koncipuje svoje skúšky káblov podľa najprísnejších požiadaviek svojich zákazníkov z oblasti výroby robotov. Závod disponuje najmodernejšími zariadeniami pre skúšanie káblov na svete, prostredníctvom ktorých je možné simulovať najrôznejšie cykly pohybov.
Zariadenie na skúšanie káblov vhodných pre použite do energetických reťazí testuje flexibilitu a životnosť káblov pri trvalom namáhaní striedavým ohybom s variabilne nastaviteľným polomerom. Zariadenie na skúšanie namáhania krutom simuluje rotačné pohyby a je na ich možné nastaviť maximálny uhol natočenia ± 720°.
Testy simulujúce dva milióny pohybových cyklov pri rýchlosti blízkej praxi môžu trvať mesiace. Mechanické skúšky je možné urýchliť sprísnením skúšobných parametrov – napríklad polomeru ohybu. Iba v prípade, že kábel prežije tento náročný test, je vhodný na použitie v robotike.
Priemysel 4.0 a továrne budúcnosti
Skupina Lapp sa angažuje aj v dvoch výskumných projektoch na tému Priemysel 4.0, ktorá rieši továrne budúcnosti. Roboti by tam mohli byť nasadzovaní nielen ako autonómni pracovníci, ale tak, aby mohli spolupracovať priamo s ľuďmi. Práve tu sú vyžadované technicky náročné a nové riešenia.
