Montagearbeitsplatz

Andreas Mühlbauer,

Roboter assistiert bei der Teilebereitstellung

Die Entwicklung eines neuen Integrationsansatzes für einen Roboter in der manuellen Montage ist ein neues Forschungsthema des Lehrstuhls für Produktionssysteme (LPS) an der Ruhr-Universität Bochum (RUB). Dabei soll der Roboter den Menschen durch die Teilebereitstellung unterstützen, damit sich dieser stärker auf die Montage fokussieren kann.

Das robotergestützte Montagekonzept ermöglicht deutliche Zeiteinsparungen. © LPS

Der LPS verfolgt derzeit einen neuen Ansatz der Einbindung eines Assistenzroboters in einen Montagearbeitsplatz. Die Aufgaben des Roboters fokussieren sich hierbei auf die Logistik, im Speziellen die Handhabung von Teilebehältern. Die Wirtschaftlichkeit des hybriden Montagearbeitsplatzes soll erreicht werden, indem sich der Mensch auf die haptisch anspruchsvollen Aufgaben beschränken kann und der Roboter bei den nicht wertschöpfendenden Nebentätigkeiten assistiert. Der Roboter übernimmt die Intralogistik am Arbeitsplatz, indem er die Teilebehälter in den Greifraum des Werkers befördert, welcher die wertschöpfenden Tätigkeiten ausführt. Dadurch ist es möglich, sehr umfangreiche Montageprozesse mit einer Vielzahl an Teilebehältern an einem Montagearbeitsplatz durchzuführen, da der Werker lediglich die Bauteile für den derzeitigen sowie einige folgende Arbeitsschritte im ergonomisch optimalen Greifraum vor sich stehen hat. Suchzeiten, in denen der Werker die nächsten Bauteile aus einer Vielzahl von Teilebehältern wählen muss, entfallen somit und die Wertschöpfende Montage rückt stärker in den Vordergrund.

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Während viele Montagearbeitsplätze aus einem Verbund von Montagetisch und Kanban-Regal bestehen, sind diese im neuen Ansatz getrennt und werden durch einen Roboterbereich verbunden.

Der Aufbau des Montagearbeitsplatzes

Der Roboter kennt die Montagereihenfolge und stellt dem Werker immer die benötigten Bauteile durch eine Durchreiche zur Verfügung. Damit der Werker möglichst nicht auf den Roboter warten muss, werden auch Teile für folgende Arbeitsschritte bereitgestellt. Hat der Werker einen Arbeitsschritt vollendet, sortiert der der Roboter den Teilebehälter wieder ins Regal. Somit hat der Werker anstelle des ganzen Regals lediglich einige wenige Kisten vor sich in seinem ergonomisch optimalen Greifraum stehen. Da der Werker und der Roboter bis auf eine kleine überwachte Durchreiche keinen Kontakt zueinander haben, ist es möglich, leistungsstarke Industrieroboter anstelle von MRK-Robotern einzusetzen. Dadurch sollte es nicht zu Wartezeiten in der Teilebereitstellung kommen und auch schwerere Teilebehälter sind möglich. Weiterhin muss das Regal mit den Teilebehältern nicht an einen menschlichen Nutzer, sondern an den Greifraum des Roboters angepasst sein. Dadurch lassen sich größere Regale einsetzen, die beispielsweise bis zum Boden gefüllt sind. Durch den Einsatz einer weiteren Linearachse für den Roboter lässt sich der der Greifraum erweitern oder der Roboter beliefert weitere Montagetische mit Teilebehältern. Das System ist somit, wie im Bereich der manuellen Montage üblich, flexibel einsetz- und skalierbar.

Erste Testdurchläufe

Am LPS wurde bereits ein erster Demonstrator aufgebaut, an dem die Funktionsweise des neuen Konzepts derzeit getestet wird. Als Montagebeispiel dient eine kleine Steuerungseinheit aus 22 Bauteilen. Dabei sind Montageschritte enthalten, die von einigen Sekunden bis etwa 1,5 Minuten reichen. Insgesamt dauert der Montageprozess 15 bis 20 Minuten. Beim Vergleich zwischen der gewöhnlichen manuellen Montage und der robotergestützten neuen Variante zeigt sich bei diesem konkreten Anwendungsbeispiel ein Zeitgewinn von bis zu 3 Minuten. Dieser ergibt sich aus der Verringerung der Suchzeiten für das nächste Bauteil, da der Werker nicht mehr aus den 22, sondern nur noch aus fünf Bauteilbehältern auswählen muss. Der Besondere Vorteil dieses neuen Ansatzes besteht darin, dass sich auch bei komplexeren Montageaufgaben mit deutlich mehr Einzelteilen die Suchzeiten nicht erhöhen, da der Werker nur die nötigen Kisten geliefert bekommt. Weiterhin ließ sich zeigen, dass die Geschwindigkeiten des Roboters ausreichen, so dass es nie zu einem Stillstand auf Seiten des Werkers kommt. Zudem empfinden alle beteiligten Testpersonen den neuen Montageprozess als sehr angenehm, da man nicht durch den Suchprozess abgelenkt wird und sich besser auf die wertschöpfende Montage konzentrieren kann. M. Krampe, L. Penczek, B. Kuhlenkötter

Kurz erklärt: Der LPS

Der Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS) wird von Prof. Dr. Bernd Kuhlenkötter geleitet. Die wissenschaftliche Ausrichtung des LPS umfasst die Themenfelder Produktionsmanagement, Produktionsautomatisierung und Industrielle Robotik. Der LPS betreibt eine Lern- und Forschungsfabrik (LFF), in der die theoretischen Konzepte umgesetzt und evaluiert werden. Durch die Demonstrationen der Ergebnisse fördert der LPS den Technologie-Transfer in die Wirtschaft.

Kurz erklärt: Der MHI e.V.

Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: http://www.wgmhi.de

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