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Handhabung Roboter klipsen, schrauben oder nieten immer geschickter

| Redakteur: Jan Vollmuth

Mit neuen Lösungen, die den hohen Anforderungen und vielfältigen Aufgaben in der Montage gerecht werden, kann auch in diesem Produktionsschritt der Grad der Automatisierung zunehmend steigen. Das Fraunhofer IPA entwickelt hierfür innovative und kundenspezifische Technologien und Anwendungen.

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Mit der Software Pitasc können erstmals Prozesse wie das Montieren von Schaltschränken wirtschaftlich automatisiert werden.
Mit der Software Pitasc können erstmals Prozesse wie das Montieren von Schaltschränken wirtschaftlich automatisiert werden.
(Bild: Fraunhofer IPA/Rainer Bez)

Sie schweißen und nieten, kleben und biegen, sie stapeln und verpacken, schneiden und hacken – Roboter sind aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Dabei erfüllen die meisten der aktuell eingesetzten Roboter ein typisches Aufgabenspektrum: jeder zweite Roboter wird für die Handhabung genutzt, 28 Prozent für Schweißprozesse – doch nur zehn Prozent für die Montage. Warum?

Dynamische und vielfältige Herausforderungen

Dies liegt an den vergleichsweise dynamischen und vielfältigen Herausforderungen, denen Montageaufgaben unterliegen. Randbedingungen wie kleine Losgrößen, viele Produktvarianten, kurze Taktzeiten, möglichst geringe Preise sowie ein einfaches Einrichten und Umrüsten und nicht zuletzt die Integration des Menschen mit seinen Fähigkeiten und seinem Wissen müssen in der Praxis berücksichtigt werden. Dabei liegt insbesondere in der Automobilbranche viel Potenzial, Montageaufgaben zumindest in Teilen zu automatisieren und so die Qualität und Effizienz der Produktion weiter zu steigern.

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Der Markt ist stark in Bewegung. Welche Technologien insbesondere für Konstrukteure, aber auch Systemintegratoren und Endanwender auf dem Markt sind, welche darauf aufbauenden Ansätze die Forschung und Entwicklung verfolgt und welche aktuellen Lösungen bereits in der Praxis existieren, wurde im vergangenen Herbst am Fraunhofer IPA in Stuttgart gezeigt. Anlass war das 7. Forum Roboterunterstützte Montage, das den Teilnehmenden fundierte Überblicke über aktuelle Technologien und Marktentwicklungen zur Montageautomatisierung bot.

Neue Wege in der Roboterprogrammierung

Die Veranstaltung stand unter dem Motto „Roboter einfach programmieren und flexibel einsetzen“. Verschiedene Technologieanbieter stellten Lösungen vor, mit denen Roboter intuitiver bedienbar, variabler nutzbar und schneller für neue Aufgaben umrüstbar werden. Auch vonseiten des Forschungsinstituts präsentierten Automatisierungs-Experten Entwicklungen, mit denen verschiedene Fügeprozesse auf innovative und wirtschaftliche Art (teil-)automatisiert werden kann.

So gehen die Forscher zum Beispiel bei der Programmierung von Robotern neue Wege. Bisher wird die Bahn des Roboters bereits vor der Aufgabenausführung zur Programmierzeit bestimmt. Hierfür gibt der Programmierer in einer robotertypischen Programmiersprache die gewünschte Bewegung des Roboters vor. Mit einem Bediengerät positioniert er dazu den Roboter überwiegend manuell, damit das System die für die Aufgabe wichtigen Koordinaten des Werkstücks abspeichern kann. Basierend auf diesen Daten und weiteren Programmschritten führt das System die Aufgabe aus.

Montage erfolgt häufig noch manuell

Diese Methode ist aufwendig und wenig flexibel, denn der Roboter fährt eine unveränderliche Punktliste ab, die auf seiner spezifischen Kinematik basiert. Die Punktliste funktioniert nur mit genau dem eingelernten Werkstück und dem Prozess, nicht jedoch bei Ungenauigkeiten oder Unsicherheiten im Prozess. Wenn zum Beispiel das Werkstück an einer anderen Position liegt, wenn es Varianten aufweist oder ein anderer Roboter die Aufgabe übernehmen soll, muss der Programmierer das System neu einlernen. Dies ist nicht effizient umsetzbar, weshalb viele Montageprozesse bisher oft noch manuell ausgeführt werden.

Ganz anders hingegen das Vorgehen mit dem Softwarepaket „Pitasc“ für kraftgeregelte Montageprozesse. : Hier wird dem Robotersystem die Bahn nicht mehr Punkt für Punkt im Vorfeld vorgegeben, sondern der Algorithmus berechnet diese zur Laufzeit basierend auf Zielgrößen und Randbedingungen selbst. Hierfür werden der Prozess, Werkstück- und Prozessparameter wie u. a. die idealen Maße des Werkstücks oder die für die Montage nötigen Kräfte des Roboters, also die für die Aufgabe zu erfüllenden Bedingungen, zunächst in allgemeiner Form modelliert. Die Montageaufgabe liegt dann, ähnlich einem typischen Arbeitsplan für die manuelle Montage, als Abfolge von Programmbausteinen vor. Durch Zuweisung variantenspezifischer Werte und mithilfe aktueller Sensordaten, wie Kontaktkräften, Abständen oder Objekterkennung, berechnet das System entsprechend seiner Kinematik selbst, wie es sich bewegen muss, und arbeitet die Prozessbausteine als eine Folge von Aufgaben ab.

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