gesponsertEndeffektor Menschliches Feingefühl für den Roboter

Das Feingefühl der menschlichen Hand bei komplexen Montage- und Handhabungsarbeiten dient als Vorbild für ein innovatives Ausgleichsmodul, das bestehende Montage- oder Fügeprozesse vereinfacht und neue Möglichkeiten zur Automatisierung eröffnet.

Der Beitrag, den Roboter zur Fabrikautomation leisten, ist beachtlich. Erheblich größer würde dieser Beitrag jedoch, wenn die Maschinen derart agieren könnten wie der Mensch. Mit den bisherigen Robotersystemen lassen sich viele Aufgaben nur mit unverhältnismäßigem Aufwand lösen. Der Versuch, instabile Prozesse zu beherrschen, führt meist zu hohen Kosten für Inbetriebnahme, Teach­ing oder Wartung. Werden Positionsdrifts nicht laufend korrigiert, kommt es zu Ungenauigkeiten oder gar Schäden am Produkt.

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Eine weitere Herausforderung für Unternehmen bilden Produktionsabläufe, die so komplex sind, dass sie bislang technisch oder wirtschaftlich nicht umsetzbar waren. Die bisherigen Einschränkungen bei Qualität, Leistungsfähigkeit und Produktivität soll nun ein kleines, einfach nachzurüstendes Ausgleichselement beseitigen.

In sechs Freiheitsgraden unabhängig arbeitende Kinematik

Die Idee hinter diesem Bauteil: Wie bei einer Smart-home-Steckdose, die in eine herkömmliche Steckdose eingesetzt wird, um Heimgeräte zu vernetzen und transparent zu machen, verhilft das Ausgleichselement großen Industrierobotern zu einer wirtschaftlicheren und präziseren Produktion. Diesem Gedanken folgend entwickelten die Lineartechnikexperten von Bosch Rexroth den sogenannten Smart Flex Effector, mit dem sowohl kartesische Subsysteme als auch Knickarmroboter ihre Umgebung „erfühlen“ können. Neben der dafür erforderlichen Sensorik besitzt das innovative Ausgleichselement eine in sechs Freiheitsgraden unabhängig arbeitende Kinematik.

Die Kombination dieser sensorischen und mechanischen Fähigkeiten ist die Basis für eine Art intelligente Koordinatenmesseinheit, die instabile und hochkomplexe Prozesse transparent und kontrollierbar macht. So kann der Smart Flex Effector beispielsweise die Position von Werkstücken oder Handling-Objekten zeitneutral während des Greifens ertasten und die erfassten Lageinformationen direkt an die jeweilige Robotersteuerung zur aktiven Kompensation der aktuellen Positionsunterschiede weiterleiten. Im Gegensatz zu reinen Messtastern wird so das genaue Abgreifen und Fügen in vielen Fällen überhaupt erst möglich.

Für Handhabungsgewichte bis 6 Kilogramm

Der in Schutzklasse 54 ausgeführte Endeffektor ist für Handhabungsgewichte bis 6 kg ausgelegt und eröffnet Maschinenherstellern und -nutzern eine Vielzahl an neuen Anwendungen, die sie bislang mit passiven Ausgleichseinheiten, Kraftdrehmomentsensoren und visuellen Systemen entweder gar nicht, nur teilweise oder nur mit hohen Kosten realisieren konnten. Das vielfältige Einsatzspektrum reicht von der Prozessautomatisierung über Fügeprozesse mit Kleinsttoleranzen, bis hin zu Qualitätsmonitoring, automatischem Teaching oder kontrolliertem Objekt-Handling.

Ein Beispiel für eine manuelle Tätigkeit, die sich bislang nicht wirtschaftlich automatisieren ließ, stellt das Einlegen von Leiterplatten in Motorsteuereinheiten dar. Die bisherige Schwierigkeit: die mangelnde Positionsbestimmung der Platine. Besteht beim Einsetzen einer Leiterplatte auch nur der kleinste Versatz, werden die Lötstifte verbogen. Ist der Roboter hingegen mit dem smarten Endeffektor ausgestattet, kann das System die erforderliche Feinjustierung problemlos vornehmen und die Platine sicher einsetzen.

Bei typischen Handling-Aufgaben bewirkt die aktive Kompensation von Lageabweichungen, dass Montage- oder Handling-Objekte präzise aufgenommen, zielsicher abgelegt oder akkurat einsortiert werden. Selbst Bauteile aus Glas und anderen sensiblen Materialien lassen sich sicher und dynamisch handhaben. Für zwischenzeitliche Transferfahrten mit hoher Geschwindigkeit kann das Ausgleichsmodul aktiv in die Nullposition gebracht und elektromechanisch verriegelt werden.

Mithilfe des Endeffektors lassen sich ferner Teaching-Vorgänge vereinfachen oder automatisieren. Da die Roboter-Steuerung die exakten Koordinaten von Abgriff- und Ablagepunkten direkt auslesen kann, ist das wiederholte Anlernen nun im laufenden Betrieb möglich. Bei Bedarf lassen sich die Roboter mithilfe des Endeffektors auch manuell instruieren, indem sie einfach von Hand in Position gebracht werden.

Fehler und Kosten durch Ausschuss oder Nacharbeit vermeiden

Im Rahmen der Prozessüberwachung vereinfacht das neuartige Ausgleichsmodul nicht nur die Dokumentation – auch die Prozessqualität wird erhöht. Indem Soll-Ist-Abweichungen umgehend erkannt und zur Korrektur an die Steuerung gemeldet werden, lassen sich Fehler und unnötige Kosten durch Ausschuss oder Nacharbeit vermeiden.

Der Smart Flex Effektor richtet sich an Automatisierer, Systemintegratoren, Robotik-Integratoren und Hersteller sowie Peripherie-Anbieter und -Händler. Außerdem ist das taktile Ausgleichsmodul für Industrieunternehmen und Endanwender aus unterschiedlichsten Branchen interessant, wie zum Beispiel Elektronik, Metall oder in der Gebrauchsgüterindustrie. Die Installation gestaltet sich sehr einfach. So stehen für die mechanische Montage Adapterflansche für gängige Roboter und Greifer zur Verfügung. Die Spannungsversorgung erfolgt über eine gängige 24V-Versorgung, der Datenaustausch mit der Steuerung über RS485- oder über zusätzliche digitale I/O-Schnittstellen. Die Verriegelung arbeitet elektromechanisch und benötigt keine Pneumatik.

Disruptives Potenzial

Durch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten zur Automatisierung bildet der Smart Flex Effector von Bosch Rexroth eine Lösung, die den Auswirkungen des akuten Mangels an Fachkräften und Personal für Montage- oder Fügeaufgaben entgegenwirken kann. Dennoch wird der Mensch weiterhin in den Montageprozessen benötigt. Statt monotone Arbeiten auszuführen, können Mit­arbeitende ihre Aufgaben und ihr Wissen auf andere Aktivitäten konzentrieren, etwa die Datenauswertung oder Prozessoptimierung der integrierten Systeme und Teilsysteme.

Smarte Endeffektoren besitzen ein disruptives Potenzial, denn sie lösen nicht nur aktuelle Probleme der industriellen Fertigung, sondern eröffnen zugleich eine neue Perspektive in der Gestaltung des Produktionssystems. Langfristig betrachtet, könnten die intelligenten Ausgleichsmodule auch dazu beitragen, Fertigungssysteme und flexible Montagezellen mit deutlich einfacheren Konzepten und geringeren Kosten zu realisieren. In Zukunft kann der Datenstrom der Endeffektoren auch mit Algorithmen aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz kombiniert werden, um das System zum maschinellen Lernen zu befähigen. Der Prozess optimiert sich damit kontinuierlich selbst.

* Autor: Michael Danzberger, Product Owner Smart End Effectors, Bosch Rexroth AG

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