Roboter klipsen, schrauben oder nieten immer geschickter

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Wiederverwendbare Programmbausteine

So ist die einmal modellierte Aufgabe auf neue Werkstückvarianten oder andere Systeme übertragbar: Die zu erfüllenden Bedingungen bleiben gleich und das System passt den Montageprozess mithilfe aktualisierter Parameter an. Die Programmbausteine umfassen alle erforderlichen Komplexitäten für die Aufgabenausführung und ‚verstecken‘ die Komplexitäten vor den Anwendern. Die neue Technik bietet überdies den Vorteil, dass die einzelnen Programmbausteine wiederverwendbar sind.

Dies wird durch das „Baukastensystem“ möglich, nach dem die Software erstellt wurde. So können grundlegende Bausteine wie u.a. das Vorgeben einer Geschwindigkeit beliebig kombiniert und zu aufgabenspezifischen Gruppen, Sequenzen oder Hierarchien zusammengestellt werden. Auch das Hinzufügen von Erfüllungs- bzw. Abbruchkriterien ist möglich, sodass z.B. eine Bewegung ausgeführt wird, bis eine Kontaktkraft auftritt.

Anhand von drei Anwendungen – einer Autotürgriffmontage, der Bestückung von Schaltschränken mit Hutschienenelementen und der Verschraubung einer Getriebewanne – haben die IPA-Experten die Leistungsfähigkeit von Pitasc aufgezeigt. Sie haben keine Einzellösungen geschaffen, sondern alle Anwendungen basieren auf den gleichen Grundkomponenten. Diese wurden jeweils individuell kombiniert und zeitlich miteinander verknüpft.

Hybride Montagearbeitsplätze

Ein anderer Ansatz gegenüber der Vollautomatisierung von Montageprozessen ist die Schaffung hybrider Arbeitsplätze mit Leichtbaurobotern. Da wie oben benannt der Grad der Automatisierung in der Montage noch relativ niedrig ist, ist der Sprung zu einem Arbeitsplatz, an dem der Roboter den Werker bei bestimmten Aufgaben unterstützt, geringer als zu einer Vollautomatisierung. Auch werden hybride Arbeitsplätze dem Umstand gerecht, dass sich oftmals nur Teilaufgaben sinnvoll automatisieren lassen. Andere Teilaufgaben wiederum sind durch die sensorielle Geschicklichkeit, Erfahrung und Lösungskompetenz des Menschen effizienter manuell auszuführen.

Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) kann für diese Art der Aufgabenausführung eine sinnvolle Lösung sein. Zwar stand noch vor wenigen Jahren der mediale Hype um die MRK verglichen mit den tatsächlichen Realisierungen in einem ungleichen Verhältnis. Immer mehr setzt sich jedoch die Erkenntnis darüber durch, was MRK tatsächlich zu leisten vermag und welche Besonderheiten beispielsweise hinsichtlich Taktzeit oder normengerechter Sicherheitsmaßnahmen zu beachten sind. Kern einer erfolgreichen MRK-Realisierung ist eine von Beginn an systematische Planung. Dieser Planung müssen die für das Unternehmen wichtigen Faktoren oder Key Performance Indicators (KPIs) wie Investitionskosten, Taktzeiten oder Flexibilität priorisiert zugrunde liegen, sodass die Anwendung darauf zugeschnitten werden kann und der Return-on-Invest den Erwartungen entspricht.

Systematische Planung von MRK-Anwendungen

Das Fraunhofer IPA bietet hierzu zum einen fundierte Beratungs- und Realisierungsdienstleistungen an. Zudem haben die Experten ein Tool zur modellbasierten Gefahrenanalyse entwickelt, das die Planung einer MRK-Anwendung systematisiert und insbesondere das Sicherheitskonzept im Fokus hat. Dem Tool liegt eine Bibliothek mit Hardwarekomponenten und deren möglichen Gefährdungen zugrunde. Je mehr Informationen in der Bibliothek hinterlegt sind, umso genauer kann das eventuelle Gefährdungspotenzial einer MRK-Anwendung mit ihrer spezifischen Hardware ermittelt werden. Eine ontologische Erweiterung der Analyse erlaubt, zum Beispiel auch Gefahren zu identifizieren, die nur durch eine bestimmte Anordnung der Ressourcen entstehen. Ziel der Analyse ist weiterhin, alle getroffenen Sicherheitsentscheidungen zu dokumentieren.

Das Tool ist im Rahmen des EU-Projekts LIAA („Lean Intelligent Assembly Automation“) entstanden und war u.a. auch Grundlage für die Entwicklung eines MRK-Arbeitsplatzes für Nietapplikationen. Dabei haben die Experten zwei Anwendungsszenarien entworfen: Im einen Fall bewegt der Leichtbauroboter das Nietwerkzeug, im anderen Fall ist es fixiert und der Roboter bewegt die zu nietenden Teile. Zunächst sind die möglichen Gefährdungen ermittelt worden (Kollision, Quetschgefahr etc.). Die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen, wie beispielsweise eine geringere Geschwindigkeit des Roboters oder eine Ummantelung einzelner Komponenten, wurden dann hinsichtlich der entstehenden Mehrkosten sowie ihres Einflusses auf Taktzeit und Flexibilität der Anwendung untersucht.

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