Kitchen Robotics, ein innovativer Herrsteller für roboterbasierte kommerzielle Küchentechnik, nutzt Unitronics‘ UniStream® SPS, AC Servo Drives und Frequenzumrichter, um robotische „Köche“ zu entwickeln, die Kundenaufträge aus der Cloud entgegennehmen, nach genauen Rezepten wiegen, mischen und kochen – und sogar Töpfe spülen.
Kitchen Robotics, wollte eine neue Art von „Kochrobotern“ schaffen – eine Maschine, die Bestellungen von Kunden aus der Cloud entgegennimmt und diese automatisch und unabhängig von menschlichem Zutun zubereitet: die Zutaten auswählen, wiegen und mischen, das Gericht exakt nach einem festgelegten Rezept kochen und in Servierschalen platzieren – und sogar die Töpfe spülen. Das System musste flexibel sein, um eine große Anzahl verschiedener Gerichte zubereiten zu können und auch individuelle Kundenwünsche zu erfüllen (ohne Zwiebel! mit extra Käse!). Dabei sollte die benötigte Grundfläche möglichst gering sein, damit der Roboter-Koch Beastro® auch durch Türen passt.
Das Beastro®-System musste eine Reihe von Steuerungsfunktionen ausführen, einschließlich komplexer Bewegungen, und auch die Anbindung an die Cloud unterstützen. Denn im Gegensatz zu traditionellen Restaurants mit Sitzplätzen zum Verweilen liefern diese Kategorie automatisierter Restaurants nur Take-away-Bestellungen, und die überwiegende Mehrheit der Kundenbestellungen erfolgt online per App.
Die Projektingenieure haben für die Aufgabe UniStream® Steuerungen, AC Servo Antriebe und Frequenzumrichter von Unitronics ausgewählt.
So funktioniert das System
Sobald ein Kunde ein Gericht über eine Website oder App bestellt, gehen die Bestelldetails in die Cloud des Unternehmens. Rezepte, Toppings und spezielle Kundenwünsche – alles wird in der Cloud verarbeitet und in Echtzeit direkt an die UniStream SPS gesendet. Hierfür wird eine Programmierschnittstelle genutzt, die ein dediziertes TCP/IP-Protokoll ausführt. Die Programmierung erfolgt in UniLogic, der All-in-One-Entwicklungssoftware von Unitronics.
UniStream prüft den Zutatenbestand über Sensoren in den Vorratsbehältern. Sind alle Zutaten in ausreichender Menge vorhanden, beginnt der Roboter-Koch mit der Zubereitung der Bestellung.
Als Erstes werden die Zutaten für das Rezept zusammengestellt.
Ein Schlüssel für erfolgreiches Kochen – gerade in Restaurants, wo ein Gericht jedes Mal gleich ausfallen muss – ist das exakte Abmessen der Zutaten. Das erfolgt über Dosierstationen mit Schrittmotoren, die über serielle Datenübertragung gesteuert werden; das System gewährleistet eine exakte Gewichtsmessung mittels Closed-Loop-Regelung. Das System umfasst ca. 45 Dosierstationen für Flüssigkeiten, Pulver und Feststoffe.
Die Mischvorgänge sowie das Rühren des Topfinhalts werden seriell über Unitronics Frequenzumrichter gesteuert.
Während des Kochvorgangs transportieren 6 Unitronics AC Servo-Achsen die Töpfe durch die Garstationen und bewegen die Töpfe auf und von Induktionsflächen.
Wenn das Gericht fertig ist, schüttet die Maschine den Topfinhalt in eine Servierschale und transportiert den Topf zur Reinigungsstation zum Waschen und Trocknen.
Besondere Herausforderungen
Kommunikation: Das Kitchen Robotics System erforderte eine Verbindung von der SPS in die Cloud und eine Ausführung von Befehlen in Echtzeit. Dazu musste das Team eine API erstellen und ein dediziertes TCP-IP-Protokoll implementieren, das mehrere Ports gleichzeitig nutzt. Darüber hinaus verwenden die verschiedenen Systemkomponenten unterschiedliche Standard- und spezifische Protokolle – die UniStream-SPS muss insgesamt mit über 60 Komponenten wie Servos, Umrichtern, Heizungen, Sensoren, Schrittmotoren usw. kommunizieren.
Bewegungssteuerung: Die verschiedenen Bewegungsachsen sind mechanisch unterschiedlich aufgebaut: Zahnstange und Ritzel, Rollenförderer, Linear- und Rotationsantriebe und andere Mechaniken. Die Kraft jeder Achse muss in Echtzeit verändert werden, während die Systeme laufen. Jede Achse, Kantensensor, mechanische Bremse etc. erfordert eine andere Referenzierung.
Weiterhin gab es Überlappungsprobleme – diese wurden durch Verwendung von Absolut-Encodern gelöst, die vor Beginn einer Bewegung die genaue Position überprüfen. Die Geschwindigkeit jeder Achse kann so durch die genaue Positionserfassung während eines Bewegungsvorgangs abgebildet und entsprechend angepasst werden. So erreicht das System ein hohes Maß an Effizienz und Sicherheit.
Schrittmotoren: Durch die Steuerung der Motoren über die Kommunikationsschnittstelle konnte das Team Kosten senken, da die komplexe Verkabelung und Integration vermieden wurde, die eine so große Anzahl von Motoren sonst erfordert hätte.
Frequenzumrichter: Elektromotoren erzeugen eine Menge elektromagnetischer Interferenzen (EMI). Um eine Maschine mit einer geringen Grundfläche zu bauen, die mit vielen Motoren bestückt ist, ist es daher zwingend notwendig, auf die elektromagnetische Verträglichkeit zu achten. Unitronics‘ Frequenzumrichter wurden besonders deshalb ausgewählt, weil sie eine integrierte kommunikationsbasierte Steuerung statt analoger Signale bieten, die empfindlich auf elektromagnetisches Rauschen reagieren.
Vorteile der Verwendung von Unitronics Produkten
Für das Projekt hat Kitchen Robotics zum ersten Mal Unitronics Steuerungsprodukte verwendet.
Das Team hat sich nicht nur für Unitronics entschieden, weil die Produkte alle notwendigen Anforderungen erfüllen. Sondern auch wegen der Vorteile der Unitronics All-in-One-Lösung, die es ermöglichte, alle Steuerungskomponenten für ihre komplexe Motion-Anwendung aus einer Hand zu beziehen: SPS und HMIs, Servoantriebe, Motoren und Umrichter – alles nahtlos unterstützt, in Betrieb genommen und in UniLogic Software programmiert.
Der Motion-Ansatz von Unitronics: „Servo Made Simple“ ermöglichte es ihnen, Achsen zu definieren, Steuerungsprozesse zu implementieren, zu analysieren und zu verfolgen, während Unitronics Motion-Experten ihnen während des gesamten Projekts zur Seite standen.
