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Nachgiebiger Greifer macht Robo-Assistenten sicher

Leichtbauarm sorgt bei Volkswagen für ergonomische Arbeitsprozesse – Projekt wurde über einen Zeitraum von zwei Jahren realisiert
Nachgiebiger Greifer macht Robo-Assistenten sicher

In der Zylinderkopfmontage übernimmt ein mit dem Menschen kollaborierender Roboterarm das umständliche Einstecken von Glühstiftkerzen: Um die Taktzeitvorgaben einzuhalten, fährt er immer mit zwei Glühstiftkerzen gleichzeitig zum Einsetzen. Dabei wird keine Vision oder Sensorik am Roboter benötigt
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Im Volkswagen-Motorenwerk Salzgitter arbeitet der erste kollaborierende Roboter, der weltweit bei VW im Einsatz ist. Dort entlastet ein Leichtbauroboter UR5 von Universal Robots die Mitarbeiter, in dem er die umständliche Handhabung empfindlicher Glühstiftkerzen in der Zylinderkopfmontage übernimmt. Ein spezieller nachgiebiger Greifer mit cleverer Sensorik macht das Gesamtsystem sicher.

Rund 6000 Mitarbeiter fertigen im Volkswagen Werk in Salzgitter täglich zirka 7000 Otto- und Dieselmotoren in über 370 Varianten. In der Zylinderkopfmontage nimmt dort ein UR5 die empfindlichen Glühstiftkerzen, die von einem speziell entwickelten Vereinzelungssystem bereitgestellt werden, vorsichtig auf und steckt sie in die schwer zugänglichen Bohrungen der Zylinderköpfe. Bislang mussten die Produktionsmitarbeiter das in einer vornübergebeugten Haltung erledigen.

Nun sind die Mitarbeiter nur noch für das Heften der Kerzen und das Abkleben des Zylinderkopfes zuständig. Dank der direkten Zusammenarbeit mit dem Roboter können sie diese Tätigkeiten in aufrechter Körperhaltung erledigen. „Der Roboter wird quasi zum Produktionsassistenten und kann den Mitarbeiter von ergonomisch ungünstigen Arbeiten befreien“, erläutert der VW-Projektleiter Jürgen Häfner.
Über integrierte Sensorik wird eine Kollision sicher detektiert
„Das System schließt die Lücke zwischen manueller Fertigung auf der einen Seite und einer vollautomatischen Fertigung auf der anderen Seite“, ergänzt Systemintegrator Dieter Faude. Eine wichtige Säule ist der dänische Leichtbauarm, der aufgrund seines integrierten Sicherheitsmodus in nächster Nähe zum Menschen arbeiten darf. Ausgestattet ist dieser mit einem speziellen modularen Greifer-System, das Faude eigens für den kollaborierenden Betrieb entwickelt hat.
„Erst über diese Greiferlösung konnten wir eine sichere Gesamtlösung realisieren“, betont Faude. „Der wichtigste Teil ist ein sphärisches Lager aus drei Luftfederpaketen, das bei Kollision in allen Richtungen nachgiebig ist und den Roboter sofort stoppt.“ Die Auslösekraft ist stufenlos einstellbar. Über integrierte Sensorik wird die Kollision oder ein Durchrutschen der Bauteile sicher detektiert. „Zudem gibt es keine scharfen Kanten oder Ecken, an denen sich Mitarbeiter verletzen könnten.“
Thomas Visti, Chief Commercial Officer bei Universal Robots, lobt Faude für seinen Einsatz: „Unsere Roboter verfügen zwar über einen integrierten Sicherheitsmodus für die direkte Mensch-Maschine-Kooperation. Je nach Anwendung müssen jedoch spezielle Greifer oder ganze Komplettlösungen entwickelt werden, um den Roboter in den Produktionsabschnitt zu integrieren. Herr Faude hat mit viel Ehrgeiz und technischem Knowhow sowohl VW als auch uns überzeugt.“
Einiges an Hirnschmalz musste der Systemintegrator auch in ein Vereinzelungs- und Zuführsystem für die Glühstiftkerzen, die als Schüttgüter in Plastiktüten angeliefert werden, stecken. „Die Lieferanten der Teile lehnten jede Art von Standard-Zuführsystem ab. Somit mussten wir eine völlig neuartige Flächen-Vereinzelungs-Lösung mit Bildverarbeitung und Wendestation entwickeln“, berichtet Faude.
Die Flächenvereinzelung des Systems sorgt durch leichtes Vibrieren für eine schonende Teilezuführung. Dabei wird die Bewegung nur über die Förderbürsten übertragen. Durch die punktuelle Auflagefläche schweben die Teile quasi auf den Förderbürsten. Das schließt Beschädigungen aus.
Doch nicht nur die Technik sorgte für rauchende Köpfe. „Denn zu Beginn des Projekts gab es viele Bedenken und Unsicherheiten. Es mussten sowohl die Maschinenrichtlinien 2006/42/EG sowie die Normen EN ISO 10218, 13849 und 13855 herangezogen als auch die Empfehlungen der Berufsgenossenschaft wie die TS 15066 umgesetzt werden“, erinnert sich Faude.
Entsprechend mussten im Vorfeld viele Gespräche und Diskussionen geführt werden. „Auch die Ethik spielte dabei eine Rolle, beispielsweise die Frage, ob man ein solches System einem Mitarbeiter zumuten kann“, berichtet Faude. „Somit waren nicht nur die Ingenieure gefragt, sondern fast alle Bereiche des Unternehmens bis zum Vorstand.“
Doch nach den rund zwei Jahren gemeinsamer Projektarbeit ist Faude stolz, „dass Herr Häfner und ich es geschafft haben, alle Bedenken auszuräumen und diese revolutionierende Technologie in enger Abstimmung mit Arbeitssicherheit, Werksarzt, Betriebsrat, Fertigung und den Mitarbeitern selbst mit großem Erfolg einzuführen.“ Die Mitarbeiter jedenfalls seien heute „alle total begeistert.“
Universal Robots A/S www.universal-robots.com

Steckbrief
Branche: Automobil
Aufgaben Roboter: Sie übernehmen das Einstecken von Glühstiftkerzen in Zylinderköpfe. Das mussten die Mitarbeiter bislang in vornübergebeugter Haltung erledigen
Projektdauer: zwei Jahre
Besonderheiten: • sichere Kollaboration von Mensch und Roboter ohne Schutzzaun
• flexibler und sicherer Greifer, der bei Kollisionen nachgibt und den Roboter sofort stoppt
• spezielle und schonende Flächenvereinzelung mit Bildverarbeitung und Wendestation
Vorteile durch die Automation: ergonomische Arbeitsplätze
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