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Kleinroboter

Schweizer Unternehmen konstruiert Roboter mit Pro/ENGINEER

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Ullrich Höltkemeier / Karl-Ullrich Höltkemeier

Das Schweizer Unternehmen Neuronics entwickelt und vertreibt intelligente und mobile Roboter, die sich gut mit Menschen vertragen. Mit dem Greifarm Katana stellt die Firma einen lernfähigen Kleinroboter vor, der mit dosierter Kraft und hoher Präzision sicher mit dem Menschen interagiert. Zur Konstruktion nutzt Neuronics Pro/ENGINEER von INNEO Solutions.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Industrieroboter haben in den letzten Jahrzehnten die Produktionswelt revolutioniert. In der Automobilindustrie sind sie nicht mehr wegzudenken. Solche Roboter weisen allerdings auch Nachteile auf: Sie sind meist für hohe Losgrößen ausgelegt, arbeiten sehr schnell und müssen deshalb auf speziellen Sockeln fixiert und durch Schutzzäune abgetrennt werden. Dies macht sie vergleichsweise teuer und relativ unflexibel.

Wo es darum geht, kleinere Losgrößen herzustellen, und wo Menschen mit Robotern interagieren müssen, fehlten bislang überzeugende und finanziell tragbare Lösungen.

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Dr. Hansruedi Früh, CEO der Neuronics AG: „Dies ändert sich nun dank neuer Technologien, die auf Ansätzen der künstlichen Intelligenz basieren. Sie machen Roboter und Roboterarme möglich, die mobil sind und sich flexibel in Produktionsprozesse integrieren lassen. Da sie mit sehr niedrigen Spannungen, mit limitierten Geschwindigkeiten und Kräften operieren, können sie ohne aufwendige Schutzvorrichtungen direkt im Umfeld von Menschen eingesetzt werden. Beispiele sind Qualitätsprüfungs-Labors und Arbeitsplätze, bei denen einzelne monotone Arbeitsgänge automatisiert werden“.

Greifarm muss sich problemlos umrüsten lassen

Welche Anforderungen müssen solche Lösungen aber erfüllen, damit sie sich durchsetzen werden? Im Vordergrund stehen die Flexibilität, eine einfache Montage und eine problemlose Bedienung. So muss sich ein Greifarm ohne großen Aufwand für unterschiedliche Funktionen und Aufgaben umrüsten und umprogrammieren lassen.

Damit er flexibel einsetzbar ist, sollte er lernfähig sein und über eine hoch entwickelte Sensorik verfügen. Standardisierte Schnittstellen und der Einsatz öffentlich zugänglicher Programmkomponenten müssen dafür sorgen, dass sich ein intelligenter Roboter mit zusätzlichen Prozesskomponenten verbinden und in Arbeitsabläufe integrieren lässt.

Wichtig ist zudem, so Dr. Hansruedi Früh, die Sicherheit für Mitarbeitende, die mit dem Roboter interagieren. Einer der ersten marktreifen intelligenten Roboter dieser Art ist der Greifarm «Katana» der Zürcher Firma Neuronics. Nach umfassender Risikoprüfung darf der Greifarm ohne jegliche Schutzeinrichtungen eingesetzt werden.

Greifarm arbeitet und lernt wie ein Mensch

Der Greifarm «Katana», ein nur 4 kg leichter, mit Sensorik ausgestatteter Arm, der Objekte selbstständig erkennt. Er arbeitet und lernt wie ein Mensch – allerdings schneller und zuverlässiger. Der Roboter lernt und korrigiert sich dank seinem neuronalen Netzwerk selbstständig und erreicht eine hohe Präzision, ohne dass eine umfangreiche Programmierung erforderlich wird.

Um dem Greifarm eine neue Bewegung beizubringen, führt man ihn mit der Hand an die gewünschten Positionen. Danach hat er den neuen Arbeitsgang memorisiert und kann ihn selbstständig ausführen. Als flexibler Helfer für die industrielle Fertigung, Montage und Qualitätskontrolle ist er bereits heute in verschiedensten Anwendungen im Einsatz.

Dr. Hansruedi Früh: „Unser intelligenter Greifarm eröffnet eine neue Dimension in der industriellen Automatisierung. Bislang waren der Automation aus Sicherheitsgründen oder aufgrund kleiner Losgrößen Grenzen gesetzt. In vielen Fällen können traditionelle Industrieroboter und -automaten aber nicht eingesetzt werden, weil sie zu groß, zu teuer oder zu gefährlich sind oder weil sie nicht ausreichend flexibel sind, um für verschiedene Produktkategorien rationell eingesetzt zu werden.

Katana macht nun eine kosteneffiziente Teil- oder Vollautomation möglich. Dank Benutzerfreundlichkeit, Sicherheit und Flexibilität ist der intelligente Roboter rasch im Produktionsablauf integriert. Er trägt in kürzester Zeit dazu bei, die Qualität der Produkte zu verbessern, die Produktion zu beschleunigen und die Kosten markant zu senken“.

In der Konstruktion arbeitet man mit Pro/E von INNEO Solutions

Pro/ENGINEER ist eine parametrische 3d-CAD-Software, Sämtliche Objekte werden dreidimensional aufgebaut und daraus dann Zeichnungen abgeleitet, oder mehrere Objekte zu Baugruppen zusammengestellt.

Besondere Merkmale von Pro/E sind:

  • - voll parametrisch: alle Geometrien sind vollständig bemaßt, eine Änderung eines Bemaßungswertes bewirkt eine entsprechende Änderung der Geometrie.
  • - bidirektional assoziativ: Änderungen eines Modells werden in allen Anwendungen des Modells, wie Baugruppe, Zeichnung oder auch abgeleitetes NC-Modell aktualisiert. Eine Änderung eines Bemaßungswertes in der abgeleiteten Zeichnung bewirkt wiederum die Änderung des zugrundeliegenden 3D-Modells.
  • - konstruktionselemente-basiert: Modelle werden aus wenigen konstruktions- und fertigungstypischen Elementen aufgebaut, wie z. B. Körper werden aufgrund einer Skizze gezogen oder rotiert.

Ein typisches Pro/ENGINEER Software-Paket besteht aus verschiedenen, anwendungsspezifischen Modulen, die schon zu Paketen zusammengefasst oder einzeln zu lizenzieren sind.

Seit den Wildfire-Versionen umfasst das Grundpaket alle wichtigen Funktionen zum Konstruieren von Modellen und Baugruppen. Die Konstruktionen können auch als Blech und Schweißbaugruppen ausgeführt werden. Ebenso besitzt das Grundpaket ein Gestaltungstool zum Entwerfen komplexer Geometrien und Freiformflächen. Ebenfalls ist die Darstellung von fotorealistischen Grafiken möglich. Baugruppen können mit einer Kinematik ausgestattet und später als Animationsfolge zur Veranschaulichung in verschiedenen Videoformaten abgespeichert werden. Zum Datenaustausch stehen mehrere Ausgabeformate wie Step oder IGES zur Verfügung.

Verwendet Web-basieren Produkt- und Normteildatenbanken

Pro/ENGINEER hat seit der Wildfire Version (ab 2002) als erstes CAD einen in der Oberfläche integrierten Internet Explorer, welches das System in die Lage versetzt, WEB-basierende Produkt- und Normteildatenbanken wie das eigene Produktentwicklungssystem Windchill PDMLink integral zu verwenden.

Die FEM-Analyse ist mittels Pro/Mechanica möglich. Dabei können die Bedingungen direkt in Pro/Engineer am Modell angetragen werden. Mit Pro/Intralink steht ein PDM-System zur Verwaltung der Daten zur Verfügung. Seit der Übernahme von Mathsoft im Jahr 2006 besteht die Möglichkeit umfassende Mathematikfunktionen durch das Computer-Algebra-System Mathcad in der Pro/E Oberfläche zu integrieren.

Roboterhersteller holt sich Pro/E von INNEO Solutions ins Haus

Jede Arbeit steht und fällt mit dem richtigen Werkzeug und das beginnt schon frühzeitig in der Konstruktion. Deshalb hat sich der Züricher Roboterhersteller Neuronics bei der Konstruktion des Katana für Pro/ENGINEER von INNEO Solutions entschieden.

Dr. Hansruedi Früh: „Wir haben bei der Konstruktion unseres Produktes am Anfang einen Partner gehabt, der die Software Solid Edge verwendete. Bei der Einstellung unseres Konstrukteurs Roman Germann kam die Frage auf, ob wir die bisher verwendete CAD-Software weiterverwenden oder eine andere ersetzen sollen.

Im Rahmen eines Evolutionsprozesses, wo wir verschiedene Systeme im besonderen aber Pro/ENGINEER und Solid Edge getestet und verglichen haben, kamen wir zu dem Ergebnis, das Pro/E die Software ist, die heute am Besten zu uns passt. INNEO Solutions hat uns in diesem Ergebnis bestätigt. Seit nun etwa 3 bis 4 Monaten setzen wir die Software in unserer Konstruktion ein.

Hohe Konstruktionsfunktionalität bei einfacher Handhabbarkeit

Technologisch hat Pro/ENGINEER mit seiner Prozessdurchgängigkeit sowie der zur Verfügung stehenden Konstruktionsfunktionalität bei einfacher Systemhandhabbarkeit die Anwender überzeugt. Auch im Preis-/Leistungsverhältnis ist Pro/ENGINEER gegenüber den letzten Jahren noch attraktiver geworden“.

Auf die Frage, warum aber gerade INNEO Solutions als Softwarehaus, antwortete Dr. Früh: „Es ist der größte Vertreter für dieses Produkt in der Schweiz. Und das Mutterhaus in Deutschland hat auf uns einen sehr guten Eindruck gemacht. Wie alles was wir bisher mit INNEO zusammen gemacht haben. Wir bereuen es nicht, uns für dieses Softwarehaus entschieden zu haben“.

Seit 1989 konzentriert man sich bei INNEO Solutions, Ellwangen, im Geschäftsbereich Pro/ENGINEER auf Lösungen für die Systemintegration im Software-Umfeld. Implementierung, Systemintegration und Prozessunterstützung ist seitdem das Hauptaugenmerk.

Die Palette reicht vom gesamten Pro/ENGINEER-Produktportfolio über spezifische Branchenlösungen bis hin zu Zusatzapplikationen und integriertem Serviceangebot.

Als zertifizierter PTC-Partner für Trainings, Wartung inklusive eigener Pro/E-Hotline und Entwicklungspartner gewährleistet man eine optimale Betreuung. Mit den Softwarelösungen der Pro/ENGINEER Wildfire Produktfamilie und den Zusatz- und Branchenlösungen von INNEO bilden Sie den kompletten Produktentwicklungsprozess vollständig und durchgängig ab.

Breites Anwendungsgebiet für den Greifarm Katana

Dr. Früh: „Spezialisten sehen für intelligente Roboter wie Katana zurzeit ein breites Anwendungsgebiet: industrielle Pick-and-Place-, Montage- und Prüfaufgaben, sowie Servicerobotik, Forschung und Didaktik. Typische Pick-and-Place-Anwendungen finden sich etwa im Umfeld von Schweiß-, Stanz-, Dreh-, Biege-, Etikettier-, Schleif- und Spritzguss-anlagen, in denen der Roboter das bisher oft noch von Hand ausgeführte Einlegen und Entnehmen von Teilen übernimmt.

Für Prüfaufgaben eignen sich Roboter bestens, weil es sich um monotone Arbeiten handelt, die Menschen nur über kurze Zeit voll konzentriert ausführen können. Intelligente Roboter können sowohl Voll- als auch Auswahlprüfungen vornehmen und zwischen guten und schlechten Proben fehlerfrei unterscheiden. In der Servicerobotik sind mobile Roboteran-wendungen ebenfalls stark im Kommen, sei dies in der Logistik bei Dienstleistungen oder für den Einsatz in medizinischen Einrichtungen.“

Zusätzliche Einsatzgebiete für intelligente Roboter sind Forschung und Entwicklung, Schulungen sowie der IT-Bereich, in dem monotone Arbeiten, etwa das Auswechseln von Sicherungsdisketten, automatisiert werden. Früh: „Damit ist das Potenzial unseres Katanas aber noch lange nicht ausgeschöpft. Bei einem wachsenden technologischen Fortschritt werden sich bestimmt weitere neue Anwendungsgebiete erschließen.

Dipl.-Ing. Ullrich Höltkemeier, Chefredaktion konstruktionspraxis

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