Planarroboter – berührungslose Hochleistungs-Beförderung und -Positionierung
Auf Basis einer neuen Magnetschwebe-Technologie, die bei Bosch erfunden wurde, entwickelten unsere Forscher ein berührungsloses System zur Beförderung, Positionierung und Handhabung einer Nutzlast – den Planarroboter. Dieser bewegt einen Mover in sechs Freiheitsgraden mit hoher Geschwindigkeit und Präzision und ohne jegliche Reibung oder Verschmutzung. Viele dieser Mover können gleichzeitig auf einer skalierbaren Plattform betrieben werden, dem Stator. Aufgrund ihrer Modularität und einfachen Anpassbarkeit können Planarroboter in zahlreichen industriellen Branchen eingesetzt werden, beispielsweise in der Halbleiter-Industrie sowie in der Nahrungsmittelbranche, Pharmaindustrie und Montage. Seit 130 Jahren steht Bosch bei technologischen Innovationen ununterbrochen an der Spitze, um dadurch unsere Lebensqualität zu verbessern.
Das Potenzial des Schwebens
Das Schweben mag in Science-Fiction-Filmen üblich sein, in der Realität ist es jedoch äußerst schwierig zu erreichen. So hielt es Samuel Earnshaw, ein Physiker aus dem 19. Jahrhundert, in der Tat für unmöglich, eine Anordnung aus Magneten anzulegen, die stabil in sechs Dimensionen schwebt. Unsere neuartige Technologie überwindet die Einschränkungen des Earnshaw-Theorems und erreicht einen dauerhaft stabilen magnetisch hervorgerufenen Schwebezustand. Das Schweben bietet enormes Potenzial für eine Vielzahl von Industrien. Stellen Sie sich eine energieeffiziente Beförderung aller Arten von Gütern vor, ohne dass Verschleiß oder Reibung an den Movern auftritt, die sich frei horizontal, vertikal und in Überkopfposition bewegen. Bosch Research ist dabei, diese Vision in die Realität umzusetzen.
Lösung eines uralten Problems
Unsere Planarroboter bestehen aus zwei Hauptkomponenten, einem Mover und einem Stator, die beide mit Dauermagneten bestückt sind. Die Magnete im Stator erzeugen ein starkes magnetisches Schwebefeld für den Mover, der lautlos rund zwei Zentimeter darüber schwebt. „Um die Einschränkungen des Theorems von Samuel Earnshaw zu überwinden, wird das Schwebefeld durch Ändern der Winkellage der Statormagnete geregelt“, so Joachim Frangen, Chief Expert für Fertigungsautomatisierung. Eine Hybrid-KI-Regelung bestimmt die exakte Ausrichtung der Magnete, um die Position des Movers in den sechs Freiheitsgraden zu steuern.
Die Funktion der Steuerung
Damit der Mover entlang einer gewünschten Bewegungsbahn schwebt, werden drei Schritte in Echtzeit ausgeführt: Erfassen der Position des Movers, Verarbeiten der Daten und Steuern der Mover-Position durch Ausrichten der Magnetwinkel im Stator. „Wenn Sie es schaffen, alle sechs Freiheitsgrade zu regeln, dann werden Sie den Mover zum Schweben zu bringen“, so Frangen.
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Vielseitiger und wandlungsfähiger
Planarroboter können für das Befördern, Handhaben, Verarbeiten oder Prüfen von Gütern in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen eingesetzt werden. „Sie sind wesentlich vielseitiger und wandlungsfähiger als ein Förderband – ideal für die flexible Fertigung in Sektoren wie der Halbleiterherstellung“, so Frangen. „Das Schweben kann auch das Verschmutzungsrisiko in der Nahrungsmittelherstellung oder in pharmazeutischen Fabriken verringern, sowie in Laboratorien mit hohem Durchsatz für Anwendungen wie COVID-19-Tests“, fügt er hinzu.
Anwendungsbereiche
Halbleiter
Industrie 4.0
Pharmazeutika
Nahrung
Labor
Hohe Nutzlast
Vorteile von Planarrobotern im Vergleich zu spulenbasierten Levitationssystemen
- Maximal erreichbare Kraft: 1-2 Größenordnungen höher
- Levitationsabstand zwischen Mover und Stator: ungefähr 10-mal höher
- 6 unabhängig steuerbare Freiheitsgrade, einschließlich vollständiger Drehung um die Z-Achse
- Niedriger Stromverbrauch, unabhängig von der Nutzlast
- Keine Oberflächenerwärmung, Gebläsekühlung
- Intrinsische Sicherheit durch 5 mal geringeres Magnetvolumen und Magnetabdeckung
- Sanftes Landen und sicheres Parken bei Stromausfall
- Skalierbar (Größe, Nutzlast, Performance)
Zusammenfassung
Bosch bringt das Schweben in die Industrie 4.0. KI-gestützte Planarroboter ermöglichen die flexible und berührungslose Beförderung und Positionierung in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen. Das neue Verfahren zum permanentmagnetischen Schweben bietet ein grundlegend höheres Potenzial als die spulenbasierte Levitation.
Podcast über Planarroboter und Hoverboards
Die intelligente Kombination von menschlichem Wissen und KI ermöglicht neue Produkte wie Planarroboter. Hoverboards sind damit kein Sci-Fi-Gadget mehr. In dieser Podcast-Episode erzählt Joachim Frangen über seine Erfindung. Und Zico Kolter, Chief Scientist of AI Research am Bosch Center for Artificial Intelligence erklärt, warum die KI von Bosch sicher, robust und erklärbar ist. Erfahre mehr über Planarroboter und Hoverboards im Bosch Global Podcast From KNOW-HOW to WOW.
