Vier Millionen Industrieroboter werden 2022 weltweit im Einsatz sein, schätzt der Branchenverband International Federation of Robotics (IFR). Auch immer mehr KMU automatisieren ihre Produktion. Viele setzen dabei auf kollaborierende Roboter: Diese machen sich schnell bezahlt, sind einfach zu bedienen und finden auch in engen Produktionsumgebungen Platz. Nach erfolgreicher Risikobeurteilung können sie außerdem direkt neben dem Menschen arbeiten. Die Kombination aus Roboterarm, Peripheriegerät und zugehöriger Software bezeichnet man als kollaborative Applikation. Solche Applikationen eignen sich für unterschiedliche Einsatzszenarien.
Zwei- und Drei-Finger-Greifer für die Maschinenbeschickung
Eine typische Aufgabe, die Betriebe automatisieren können, ist die Maschinenbeschickung. Auch wenn viele Bearbeitungszentren und Fertigungszellen automatisiert funktionieren, be- und entlädt sie oft noch ein Mensch. Bei handlichen Werkstücken können Roboterarme mit elektrischen Parallelgreifern diese Aufgabe übernehmen. Je nach Hub handhaben die Greifer Gegenstände bis zu 15 cm Länge, indem sie diese mit zwei Greifbacken von außen oder innen fassen. Je größer die Spannweite, desto flexibler der Greifer.
Für Werkstücke mit komplexen Formen eignen sich Drei-Finger-Greifer: Über drei Kontaktpunkte zentrieren sie Werkstücke automatisch und halten auch zylindrische Objekte sicher. Für mehr Flexibilität ist es ratsam, einen Greifer mit austauschbaren Fingerspitzen zu wählen. So lässt sich die Applikation bei Bedarf an neue Werkstücke anpassen. Zugleich empfehlen sich möglichst leichte, kompakte Tools, um die Nutzlast des Roboterarms maximal auszuschöpfen.
Pick-and-place mit Fingerspitzengefühl
Manche Beschickungsaufgaben erfordern Feingefühl, zum Beispiel wenn Reagenzgläser bewegt oder Messgeräte bestückt werden müssen. In solchen Fällen hilft Sensorik. Diese kann einerseits direkt im Greifer integriert sein, wie beim RG2-FT von Onrobot. Dieser Zwei-Finger-Greifer verfügt über Kraft-/Drehmoment-Sensoren sowie einen Näherungssensor in seinen Fingerspitzen. Die Sensoren spielen die erfassten Prozessdaten an den Roboterarm zurück, sodass dieser seine Bewegungen verzögerungsfrei anpassen kann. Zugleich erkennt der Greifer mit ihrer Hilfe die genaue Position eines Werkstücks, selbst wenn dessen exakte Parameter vorab nicht programmiert werden können.
Andererseits lassen sich Kraft-/Drehmoment-Sensoren als Einzelkomponente zwischen Roboterarm und Greifer montieren. Sie ermöglichen der Applikation als ganzer, ihren Kraftaufwand zu dosieren. Ihr Einsatz ist vor allem dann ratsam, wenn sich der Roboter komplexe Bewegungsabläufe merken muss oder mit größeren Kräften zu rechnen ist, die hochsensible Sensorik in den Greifbacken womöglich schädigen würden.
Eine andere Möglichkeit, fragile oder instabile Objekte zu handhaben, bieten Soft Gripper. Modelle wie das von Onrobot verfügen über Schürzen aus lebensmittelechtem Silikon, mit denen sie Werkstücke umschließen und dadurch greifen. Ihr weiches Material passt sich Form und Größe des jeweiligen Objekts an. Damit fasst und bewegt ein Roboter auch unregelmäßige Formen, wie Glühbirnen, Eier oder Kekse.
Automatisiert Verpacken und Palettieren
Beim Verpacken und Palettieren geht es meist um repetitive Bewegungsmuster, beispielsweise wenn Waren am Ende einer Fertigungslinie gestapelt, sortiert und etikettiert werden müssen. Je nach Werkstückbeschaffenheit kommen auch hier Zwei- und Drei-Finger-Greifer in Frage. Für das Handling flacher Gegenstände wie CDs eignen sich Vakuumgreifer besonders gut, die Objekte mit Saugnäpfen anheben. Sie bekommen auch form-instabile Dinge in den Griff. Dabei gibt es zwei Antriebsarten: pneumatisch oder elektrisch. Elektrische Modelle sind tendenziell einfacher zu handhaben, da sie keine Druckluftzuführung und somit keine verschleißanfälligen externen Schläuche benötigen. Zudem arbeiten sie leiser.
Vakuumgreifer gibt es in diversen Größen und Designs. Während sich für das Handling großer Objekte Greifer mit mehreren Greifarmen eignen, bieten sich kompaktere Modelle vor allem für den Einsatz in engen Produktionsumgebungen an. Auf glänzenden Oberflächen und Glas können ihre Saugnäpfe allerdings Abdrücke hinterlassen. Zudem lässt sich auf perforierten Oberflächen wie gebohrten Leiterplatten kein Vakuum erzeugen. In solchen Fällen bieten Adhäsionsgreifer eine Lösung: Sie haften mit sogenannten Van-der-Waals-Kräften. Ein Beispiel ist die Gecko-Technologie von Onrobot: Die Greifoberfläche ist mit Millionen mikroskopisch kleiner Härchen versehen, die beim Druck auf eine Oberfläche eine Scherhaftung entwickeln. Diese Technologie benötigt kaum Energie, was die Prozesskosten senkt.
Montage automatisieren
Endeffektoren in Form von Schraubendrehern übernehmen mittlerweile selbst komplexe Schraub- und Montageprozesse ohne großen Programmieraufwand. Im Falle des Screwdrivers von Onrobot geben Anwender relevante Parameter wie Schraubenlänge oder Drehmoment über die Bedienoberfläche des Roboterarms ein. Das Werkzeug berechnet dann selbst, welche Geschwindigkeit und Kraft es braucht. Hierzu ist es mit präziser Drehmoment-Kontrolle und integrierter Achssteuerung ausgestattet.
Geht es um Einfügeaufgaben in der Präzisions- und Feinmontage, können Anwender die bereits erwähnten Parallelgreifer nutzen. In diesem Fall empfehlen sich jedoch Modelle mit integrierter Sensorik wie der RG2-FT. Mithilfe seines Tastsinns kann er Werkstücke millimetergenau platzieren – etwa um Ventile in Zylinderköpfe einzusetzen oder Schaltgetriebe zu montieren.
Der letzte Schliff
Ob Schleifen, Schmirgeln oder Feilen: Roboter unterstützen mit entsprechenden Endeffektoren auch bei Materialentfernung und Oberflächenbearbeitung. Dafür stehen Entgratungswerkzeuge und Exzenterschleifer zur Verfügung. Der Sander kann mithilfe austauschbarer Aufsätze sowohl Schleifen als auch Polieren. Um bei solchen Tätigkeiten hochwertige Ergebnisse zu erzielen, muss ein Roboterarm gleichmäßigen Druck auf die zu bearbeitende Oberfläche ausüben. Kraft-Drehmomenten-Sensoren, die zwischen Endeffektor und Roboterarm montiert werden, stellen dies auch bei unebenen oder geschwungenen Flächen sicher.
Messungen und Tests automatisieren
Die Qualitätsprüfung und -sicherung ist ein weiterer Bereich, dessen Arbeitsschritte sich sensorgestützt automatisieren lassen. Zwei- und Drei-Finger-Greifer können mithilfe von Sensorik sowohl empfindliche Messgeräte bestücken als auch selbst messen. Kraft-Drehmoment-Sensoren zum Beispiel können Widerstände erfassen und aufzeichnen. So sind sie in der Lage, zu prüfen, ob Schalter, Hebel oder Steckverbindungen zu fest oder zu locker montiert sind. Optische Sensoren in Form von Bildverarbeitungssystemen erkennen auch Werkstückeigenschaften wie Kontur oder Farbe. Sie prüfen Werkstücke auf Abweichungen und stellen dadurch Fehler fest, bevor das entsprechende Teil weiterverarbeitet wird. Bei Produkttests können – je nach Gegenstand – auch Parallelgreifer unterstützen. Gerade wenn eine Tätigkeit tausende Male wiederholt werden soll, um Verschleiß zu simulieren, eignen sich kollaborative Applikationen dank ihrer hohen Wiederholgenauigkeit.
Als Daumenregel gilt: Je schneller und einfacher sich eine Applikation in Betrieb nehmen lässt, desto besser. Eine einfache Handhabung stellt sicher, dass sich die Applikation bei Bedarf flexibel für neue Aufgaben umrüsten lässt, und die Prozesse weiterlaufen können.
OnRobot A/S
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5220 Odense
Denmark
Tel.: +45 53 53 57 37
E-Mail: info@onrobot.com
Website: www.onrobot.com
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