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Artikel und Hintergründe zum Thema

Mobile Robotik

Daniel Schilling,

Handhabungstechnik erlebbar gemacht

Das Chemnitzer Schulungs- und Anwendungszentrum (kurz SchAz) macht Mensch-Roboter-Kollaboration mit Demonstratoren greifbar. Die Zimmer Group unterstützt dabei mit Greifer-Technik.

Der Demonstrator „fahrbarer MRK-Roboter“ ist mit einem MRK-Greifer der Zimmer Group ausgestattet. Im Hintergrund sind die stationären Bestandteile des Aufbaus zu erkennen. © MOT – ICM

In den Bereichen der Automation und Robotik beziehungsweise Handhabungstechnik gibt es eine Vielzahl an Lösungen. Besonders innovativ und zukunftsträchtig sind derzeit Entwicklungen im Hinblick auf die Automatisierung von Kleinserien – bis hin zu Losgröße 1. Mobile Robotiksysteme und eine Mensch-Roboter-Kollaboration könnten hier ein Teil der Entwicklungslösung werden. Leider sind solche Ansätze nicht so leicht realisierbar, da die Forschungs- und Entwicklungsaufwände dahingehend noch immens hoch sind. Im Chemnitzer Schulungs- und Anwendungszentrum (kurz SchAz) des Instituts Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau e.V. (ICM) jedoch stehen entsprechende Demonstratoren zur Anschauung und für weitergehende Untersuchungen zur Verfügung. Diese ermöglichen es, modernste Technologien zu testen und die Einsatzmöglichkeiten für den eigenen Betrieb zu prüfen. Der Automatisierungs- und Handhabungsspezialist Zimmer Group, langjähriger Partner des ICM, steht dabei den Experten des Instituts sowie der ICM GmbH bei allen Themen rund ums Greifen helfend zur Seite.

Das Schulungs- und Anwendungszentrum konzentriert sich im Hinblick auf die umfangreiche Thematik auf drei Schwerpunkte. Neben der Automation für Losgröße 1 stehen vor allem die mobile Robotik und die Mensch-Roboter-Kollaboration im Fokus der Chemnitzer. Auf die zwei letztgenannten Schwerpunkte wird hier nun etwas näher eingegangen.

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Mobile Robotik

Klassische Industrieroboter sind an einer festen Position installiert – doch eine zunehmende Anlagenflexibilität bedingt mobile Roboterlösungen. Im SchAz werden exemplarisch zwei Varianten mobiler Robotik verglichen – ein klassischer Industrieroboter auf einem mobilen Gestell (mobiler Roboter) sowie die Kombination eines MRK-Roboters mit einem fahrerlosen Transportsystem (fahrbarer MRK-Roboter).

Der „mobile Roboter“ besteht aus einem klassischen 6-Achs-Roboter der Firma Kawasaki Robotics, der auf einem manuell verfahrbaren Gestell montiert ist. Ausgestattet ist er mit einer Werkzeugwechselstation und mehreren Greifern vom Typ GPP5008 und GEP2010 der Zimmer Group zum Teilehandling sowie einem FT-Sensor zur Untersuchung kraftgesteuerter Prozesse für weitere Machbarkeitsstudien. Der mobile Roboter ist so konzipiert, dass die Baugruppe auch aus der Zelle genommen und als eigenständige Einheit in anderer Umgebung eingesetzt werden kann.

Der spezielle MRK-Greifer ermöglicht sicheres Arbeiten ohne Schutzzaun. © MOT – ICM

Der Demonstrator „fahrbarer MRK-Roboter“ setzt sich neben der Sensorik hauptsächlich aus einem kollaborierenden Roboter CR-7iaL der Firma Fanuc, einem spurgeführten autonomen fahrerlosen Transportsystem Beldrive FTS sowie einem MRK-Greifer HRC-04-072810 der Zimmer Group zusammen. Der fahrbare MRK-Roboter realisiert im SchAz die Teilprozesse Transport und Handling von Lochplatten sowie das Befüllen eines Vibrationswendelförderers. Der MRK-Greifer übernimmt dabei die Aufnahme der leeren Lochplatten, den Transport zum Roboter, die Aufnahme von bestückten Lochplatten und den Transport zum Handarbeitsplatz. Ein Werker übernimmt abschließend in einer kollaborativen Zusammenarbeit mit dem Roboter die Endmontage der bestückten Lochplatten.

Mensch-Roboter-Kollaboration praktisch

Unter dem Begriff Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) versteht man in der Robotik die Zusammenarbeit an einem Bauteil zwischen dem Menschen und dem Roboter an einem gemeinsamen Arbeitsplatz ohne trennende Schutzeinrichtungen. Mit Blick auf die sicherheitstechnischen Aspekte werden im Anwendungszentrum SchAz die verschiedenen Interaktionsstufen zwischen dem Menschen und dem Roboter anhand praxisnaher Prozesse – von der klassischen Roboterzelle bis hin zur reinen Kollaboration – untersucht.

Als Demonstrator fungiert hier ein System, welches das ICM e.V. größtenteils selbst konstruiert und zusammengebaut hat. Auf das Untergestell wurde ein Stäubli-Roboter Typ TX2-90L mit einer taktilen Sensorhaut der Firma Airskin eingesetzt, der eine maximale Tragkraft von 20 Kilogramm besitzt. Die Sensorhaut fungiert als eine Art Luftkissen, in dem permanent der innen anliegende Druck überwacht wird. Bei einer Druckänderung, die etwa bei einer Kollision auftritt, reagiert das System und hält sicher an. Sicherheit hat auch bei dem Greifer oberste Priorität. Der speziell für den MRK-Einsatz konstruierte elektrische Greifer HRC03-072844 der Zimmer Group weist zum Beispiel keine scharfen Kanten auf und ist so konstruiert, dass bei seiner allseitig abgerundeten Form ein versehentliches Hängenbleiben praktisch ausgeschlossen ist. Diese Eigenschaft in Verbindung mit einer mechanischen Selbsthemmung der Greifbacken – selbst bei Not-Aus oder Energieausfall verliert der Greifer das Werkstück nicht – bietet maximale Sicherheit in jeder Anwendung. Alle MRK-Greifer der Zimmer Group erfüllen dabei die hohen Anforderungen der Schutzprinzipien nach ISO/TS 15066 (MRK-Norm) und sind BG/DGUV-zertifiziert. 

Das MRK-System des ICM e.V. soll die kollaborative Montage eines 2-Meter-Maßbandes zusammengesetzt aus drei Teilen (Band, Betätiger, Schale) veranschaulichen. An einem mobilen Arbeitstisch werden zwei Bauteile durch einen Werker vormontiert. Nach der Übergabe der Baugruppe an den Roboter wird diese durch den Roboter mit einem Kamerasystem von Balluff optisch geprüft. Im Anschluss wird das dritte Bauteil durch den Werker in die Vorrichtung eingelegt. Den abschließenden kollaborativen Fügeprozess und Funktionstest übernehmen dann wieder der Roboter respektive MRK-Greifer.

Dass das Chemnitzer Schulungs- und Anwendungszentrums ein durchschlagender Erfolg ist, spiegelt sich in den vielen interessierten Firmen und vor allem in den externen zahlreichen Unterstützern wider: „Neben modern ausgestatteten Schulungsräumen für die Erarbeitung kreativer Ideen findet man in unserem Anwendungszentrum eine breite Palette an Automationstechnologien zum Erforschen und Experimentieren neuer Lösungen. Ohne die Unterstützung von Technologieführern wie etwa der Zimmer Group aus Rheinau, wären diese innovativen Lösungen jedoch nicht so eindrucksvoll darstellbar“, so Marcel Ott, Softwareentwickler und technischer Ansprechpartner für das Anwendungszentrum.

Gregor Neumann, Zimmer Group / dsc

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