A Zollner kifejlesztette a világ legnagyobb négylábú lépegető robotját

A Zollner vállalatcsoport a villamos- és elektronikai ipar vezető nemzetközi nagyvállalatainak partnereként, a komplex termékek fejlesztésében és gyártásában kiemelt pozíciót tölt be. A ZES Zollner Electronic Kft. Szatmár megye vezető elektronikai ipari szereplője, több mint 15 éve a szatmári gazdaság egyik mozgatórugója. A szélesebb közönség körében kevésbé ismert, hogy a Zollner vállalatcsoport kifejlesztette és megvalósította a világ legnagyobb négylábú lépegető robotját.

A Zollner Elektronik AG fejlesztői számára a legnagyobb hajtóerőt az jelentette, hogy létrehozzanak egy még soha nem látott méretű, rádiós távvezérlésű, négylábú, kültéren is használható robotot. A csapatot az is erősen motiválta, hogy ez a mechatronikai rendszer lesz a főszereplője a legrégebbi német népi színdarabnak.

A lépegető robot 15,5 m hosszú, 3,8 méter széles és 4,5 méter magas, 11,0 t össztömegű, 140 lóerős 2,0 literes turbódízel motor hajtja, 80 kW mechanikai és 10 kW elektromos teljesítményű, teljes mértékben működőképes, amely minden emberi szereplőt háttérbe szorít. Két hidraulikakörrel rendelkezik, egy magas nyomású 220 bar és egy 80 bar alacsony nyomású. A robot 272 hidraulikus szeleppel, 65 animált tengellyel és 238 szenzorral van szerelve, 300 méter hidraulikatömlő, 1300 méter elektromos vezeték, valamint 110 méter pneumatikatömlő köti össze - semmi sem jellemezhetné jobban ennek a komplex mechatronikai rendszernek a méreteit. A Zollner egy egyedi szállítójárművet is kifejlesztett, hogy a robotot könnyen el lehessen juttatni A-ból B-be.

A koncepció hitelesítése

A "Tradinno" projekt - szójáték a tradíció és az innováció szavakból - 2007 februárjában vette kezdetét a koncepció hitelesítésével.  Az elektronikai rendszerek biztonságos működésére vonatkozó, a teljes fejlesztési folyamatot egészen az átvételig végigkísérő DIN EN 61508 számú szabvány alapján kerültek meghatározásra a SIL3 besorolásig - biztonsági integrációs szint - terjedő funkciók.

A hatalmas projekt kezdetén részletes számításokat és szimulációkat végeztünk.  A sokféle dinamikus mozgási folyamatot a SIMPACK segítségével végrehajtott többtest-szimulációk képezték le. Élettartam, tartós szilárdság és hőmérséklet szimulációk, valamint átfogó toleranciaelemzések támogatták a fejlesztőket a számítások elkészítésében. A teljes mechatronikai rendszer tervezési eszközeként a CAD program Pro/E (Pro/ENGINEER) változatát alkalmaztuk, az elektronikai Board Layout szimuláció pedig a HyperLynx szoftverrel történt.

A mechanikai, elektronikai és szoftverfejlesztési területek szakértőiből álló, 15 fős fejlesztői csoport párhuzamosan dolgozott a mechanikai konstrukción a tartószerkezet kialakításával, a meghajtáson és a szükséges hajtási teljesítményeken, valamint az azokhoz tartozó vezérlőberendezéseken.

Az elektronikai csúcspontok közé tartozik a robot kilenc, modulárisan felépített vezérlőberendezésének saját kivitelezésű hardver- és szoftverfejlesztése.  Ezek mindegyike két processzort, a Texas Instruments szabályozásért és vezérlésért felelős DSP-jét (Digital Signal Processor), valamint egy, a kommunikációért felelős Fujitsu mikrokontrollert tartalmaz. A FlexRay kommunikáció kilenc, csillagcsatlakozással kapcsolódó, redundáns, vezérlőkészülékenként 2 x 10 Mbit, 200 mikroszekundumos (μs) mintavételi sebességű csomóponton keresztül történik, melyek biztosítják az LVDS adatátvitelt (Low Voltage Diffential Signaling), és teljesítik a biztonsági szempontokra vonatkozó valamennyi követelményt. A szintén duplán redundánsan jelen levő hajtások és szenzorok összekapcsolása is kihívások elé állította az elektronikai fejlesztő csapatot.

A mechanikai fejlesztő csapat eközben azon dolgozott, hogy teljesítsék a többtonnás acélkolosszussal szemben támasztott mechanikai követelményeket. A 15,5 méter hosszú, 3,80 méter széles és 4,50 méter magas robot négy lábon járása ugyanis gyakran okozott fejtörést.  A megoldás, a lábankénti 7 szabadságfok, amely a kanyarodást és a párhuzamosan eltolt kutyajárást egyaránt lehetővé teszi, világszerte kivívta a robotspecialisták elismerését. A Zollner Elektronik AG időközben szabadalmaztatta a matematikai lépés-algoritmussal összekapcsolt vezérlési koncepció felépítését.

A lépegető robot élethű járását a népi színjátékban kétirányú rádiós adatátvitel biztosítja négy saját fejlesztésű kezelőegység segítségével. A 11,0 tonnás robot szállítását lehetővé tevő, 4,3 tonna önsúlyú, összkerékhajtású és irányítású 2,0 literes turbódízel motoros szállítójármű irányítása szintén kétirányú, rádiós távvezérléssel történik, négy tetszés szerinti irányítási módban: első tengely, hátsó tengely, csuklós mozgás vagy kutyajárás üzemmódban.

Megvalósítás a vállalatcsoport kompetenciahálózatának segítségével

A fejlesztőcsoport a Tradinno megvalósításához felhasználta a Zollner vállalatcsoport rugalmas kompetenciahálózatát, emellett pedig szorosan együttműködött innovatív vállalatokkal és intézményekkel. A fejlesztők 12 méter fesztávolságú szárnyakat erősítettek a robot testére, poliuretánból és üvegszálerősítésű műanyagból készült bőrbe bújtatták, ereit 80 liter művérrel töltötték fel, és 11 liter folyékony gázzal segítettek Tradinno-nak, hogy az elvárásoknak megfelelően tüzet okádjon.

A Tradinno névre hallgató mechatronikai rendszer időközben elhagyta a zandti székhelyű, EMS szolgáltató Zollner céget, és Furth im Waldban a "Sárkányölő játékok" főszereplőjeként ünnepelte premierjét.

Műszaki adatlap - Tradinno
Hosszúság: 15,50 m
Szélesség: 3,80 m
Szárnyfesztáv: 12,00 m
Magasság: 4,50 m
Tömeg: 11,0 t (ebből 1 t a bőr tömege)

2012-ben a „Tradinno mint a „világ legnagyobb négylábú lépegető robotja" bekerült a Guinness Rekordok könyvébe. Az átadási ünnepség a berlini Alexanderplatz-on volt megtartva. A könyv 2014-es kiadásában a „Tradinno" két oldalnyi helyet kapott.