Fit für die Zusammenarbeit mit dem Menschen ohne Beschränkung der Leistungsfähigkeit

Mobile Kollaboration

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Stäublis TX2-Roboter sind die schnellsten sicheren Industrieroboter der Branche. Und nun hebt Stäubli Robotics die Kollaboration von Mensch und Maschine mit dem mobilen Robotersystem Helmo auf die nächste Stufe.

„Unser Entwicklungsziel beim TX2 war es, die weltweit schnellsten sicheren Roboter zu bauen. Und das ist uns in vollem Umfang gelungen“, schwärmt Gerald Vogt, Group Division Manager Stäubli Robotics. Der Trick dabei: „Wir haben keine teuren Spezialkinematiken für reine MRK-Anwendungen entwickelt, sondern unsere Standardroboter unter Beibehaltung ihrer vollen Leistungsfähigkeit für die Zusammenarbeit mit Menschen qualifiziert.“

Warum? „Reine Assistenzroboter unterliegen deutlichen Einschränkungen hinsichtlich Traglast, Dynamik, Reichweite oder Präzision“, erläutert Vogt: „Genau das wollten wir nicht.“ Sein Ziel: Die TX2-Standardroboter fit machen für die direkte Zusammenarbeit mit Menschen, dabei aber deren volles Leistungspotenzial für Arbeiten ohne MRK-Bezug erhalten.

Alle 5 Stufen der MRK

Dass Sonderlösungen nicht hoch im Kurs stehen, hat bei Stäubli Tradition. Die Philosophie: Man nehme einen Standardroboter – möglichst den leistungsfähigsten am Weltmarkt – und qualifiziere diesen mit möglichst geringen Modifikationen für alle denkbaren Einsätze. Dass dieses Konzept aufgeht, demonstriert man mit einem großen Angebot an branchenspezifischen Robotiklösungen: Die TX2-Baureihe gibt es in unzähligen Varianten, darunter Reinraum- und Stericlean-Ausführungen, Feuchtraum- und Lebensmittelversionen – „und jetzt eben die TX2-Touch-Modelle für die direkte Mensch-Roboter-Kollaboration“, so Vogt.

So deckt Stäubli mit der TX2-Robotergeneration alle Stufen der Mensch-Roboter-Interaktion ab: Vom vollautomatischen Standardeinsatz über den Betrieb ohne Schutzzaun bis hin zur höchsten Stufe der MRK, bei der Roboter und Werker gemeinsam an einer Aufgabe arbeiten. Speziell für die anspruchsvollsten Stufen der Mensch-Roboter-Kooperation wurde die TX2-Touch-Baureihe entwickelt, bei der sich Mensch und Maschine einen Arbeitsraum teilen und unmittelbar in Kontakt treten können. Augenscheinlichstes Merkmal der TX2-Touch-Modelle ist ihre Safety-Skin. „Diese berührungsempfindliche Oberfläche, die den Roboter wie eine Haut überzieht, sorgt für das sofortige Abstoppen der Fahrt bei direktem Kontakt zum Menschen. Der Mitarbeiter kann den Roboter so durch bloßes Antippen jederzeit stoppen.“

Doch die Safe Robots der TX2-Serie haben weit mehr Safety-Technologie an Bord als nur diese berührungsempfindliche Roboterhaut. Beispielsweise besitzt jede Roboterachse einen eigenen digitalen Sicherheitsencoder. Zudem verfügt jeder Sechsachser über ein integriertes Safetyboard. Dieses überwacht sämtliche Bewegungen des Roboters in Echtzeit. Alle Sicherheitsfunktionen sind zertifiziert und erfüllen die strengen Anforderungen der Sicherheitskategorie SIL3-/PLe.

Steuerung überwacht Bewegungen

Hinzu kommt die Sicherheitssteuerung CS9 mit jeder Menge weiterer Safety-Features. So lassen sich mit den Funktionen Safe Speed, Safe Stop, Safe Zone und Safe Tool wichtige Parameter wie Maximalgeschwindigkeiten, Sicherheitszonen etc. konfigurieren. Nähert sich ein Mensch dem Arbeitsbereich des Roboters, reduziert dieser seine Geschwindigkeit automatisch auf Safe Speed. Je näher der Bediener dem Roboter kommt, umso mehr verlangsamt dieser seine Geschwindigkeit bis hin zum Safe Stop. „Dabei bleiben alle Vitalfunktionen des Roboters erhalten, so dass er seine Arbeit sofort fortsetzt, sobald der Bediener die Distanz wieder vergrößert“, erläutert Vogt.

Mit der mobilen Roboterplattform Helmo sorgt Stäubli dafür, dass dieses MRK-Konzept nun sogar mobil wird. „Damit schlagen wir das nächste Kapitel der Mensch-Roboter-Interaktion auf“, ist Vogt überzeugt. Denn dank einer fahrbaren Plattform kann das MRK-Robotersystem völlig autonom fahren und navigieren, wobei es sein Umfeld permanent über drei integrierte Laserscanner überwacht.

Auf dem mobilen Robotersystem Helmo sitzt ein TX2-Touch-90L Sechsachser mit bis zu 15 kg Traglast und 1200 mm Reichweite, der durch seine integrierte Sicherheitstechnik für die direkte Kooperation mit dem Menschen qualifiziert ist. Helmo kann aber nicht nur dem Menschen bei Bedarf kollaborierend zur Seite stehen, sondern seine Aufgaben auch vollautomatisiert in High Speed erledigen.

„Die Stärke von Helmo ist seine unglaubliche Flexibilität. Er kann im automatischen Betrieb mit der vollen Performance eines TX2-Sechsachsers loslegen oder einen kranken Mitarbeiter an einer manuellen Montagestation ersetzen. Sein Einsatzspektrum reicht von Aufgaben in der Montage, Logistik, Fertigung bis hin zur Qualitätssicherung in allen erdenklichen Industriebereichen“, so Vogt.

Pilotprojekt untersucht Potenziale

Welche Einsatzszenarien mit Helmo künftig möglich sind, erprobt Stäubli in der eigenen Montagehalle in Bayreuth. Hier arbeiten Werker und das mobile Helmo-Robotersystem Seite an Seite. Eingesetzt wird Helmo in Bayreuth etwa bei der Montage von Elektrosteckern für Kupplungssysteme. Diese Arbeit – es müssen jede Menge Kontaktpins präzise in den Stecker eingedrückt werden – ist an Monotonie kaum zu überbieten. Es sind immer die gleichen Handgriffe: Pin aufnehmen, präzise positionieren, eindrücken. Und das Pin für Pin, Stecker für Stecker, Stunde für Stunde.

Dabei ist die Monotonie die eine Sache, die Zunahme der Fehlerquote bei fortschreitender Arbeitsdauer eine andere. „Helmo arbeitet auch unter solchen Bedingungen fehlerfrei. Er entlastet die Belegschaft von unliebsamen Arbeiten und gilt deshalb als überaus beliebter Kollege. Wir sehen in ihm tatsächlich weniger den Roboter, sondern mehr den Assistenten, der flexibel dort zur Stelle ist, wo er gerade gebraucht wird“, betont der Bayreuther Projektleiter Gerhard Geyer.

Modularität sorgt für Flexibilität

Schaut man dem Roboter bei der Steckermontage über die Schulter, wird klar, was Geyer meint, wenn er vom Assistenten spricht. Helmo bewegt sich am Arbeitsplatz mit der Selbstverständlichkeit einer menschlichen Fachkraft. Er greift ein nicht bestücktes Steckergehäuse, legt es präzise in eine Vorrichtung ein. Danach holt er einen Kunststoffbehälter mit den Pins aus dem Regal, fährt einen Flexfeeder an und leert die Pins auf das Band, auf dem diese vereinzelt werden. Daraufhin greift er step by step die Pins ab und montiert sie schnell und präzise in den Stecker.

Um seine Vielseitigkeit in der Praxis ausspielen zu können, ist Helmo modular aufgebaut. Für den mobilen Betrieb verfügt er über großzügig ausgelegte Energiespeicher, die für Autonomie sorgen. Helmo erkennt selbst, wann seine Energiereserven zu Ende gehen und lädt sich eigenständig wieder auf. Während des Ladevorgangs steht der Roboter für stationäre Aufgaben weiterhin zur Verfügung. Um ein breites Aufgabenspektrum ausführen zu können, ist Helmo mit einem automatischen Werkzeugwechselsystem ausgerüstet.

„Die Werkzeugwechsler sind eine Grundvoraussetzung für den autonomen Betrieb. Dennoch zeigt sich bei der Steckermontage, wie entscheidend intelligente Greifersysteme sind. Helmo kann mit seinem Greifer alle Arbeitsschritte vom Einlegen der feinen Pins bis zum Handhaben der Steckergehäuse ausführen. Die Minimierung automatischer Greiferwechsel spart Zeit und macht das System noch effizienter“, so Geyer.

Ist es heute die Steckermontage, kann es morgen die Teilebestückung einer Laserbeschriftungsanlage oder eine sonstige Aufgabenstellung sein, für die das mobile Robotersystem zum Einsatz kommt. Vorrangiges Ziel im Rahmen eines Pilotprojektes war es daher, Helmo produktiv und wirtschaftlich in bestehende Prozesse zu integrieren und dabei Erfahrungen für kommende Serieneinsätze zu sammeln.

Ganz neue Produktionskonzepte

Das Thema Sicherheit sieht er jedenfalls heute zufriedenstellend gelöst. „Natürlich sind noch bestimmte Anpassungen erforderlich, um autonome Systeme in die Produktion zu implementieren. Das kann die Definition bestimmter Zonen als Non-Go-Bereiche sein oder das Anbringen zusätzlicher Marker, wenn die Scanner am Fahrzeug nicht genügen. Aber diese Maßnahmen halten sich im Rahmen.“

Optimierungsbedarf sieht Vogt noch bei der Programmierung: „Diese muss so einfach werden, dass auch Laien das Robotersystem bedienen können.“ Insgesamt ist Vogt aber überzeugt, dass mobilen Robotik-Szenarien die Zukunft gehört: „Mobile Roboter machen den Weg frei für die Realisierung völlig neuer Produktionskonzepte.“

So könnten Roboter künftig zu den Werkstücken kommen anstatt Werkstücke zu den Robotern zu transportieren. „Zudem können wir unseren mobilen Roboter-Assistenten hochflexibel einsetzen, beispielsweise um Produktionsschwankungen auszugleichen, um zusätzliche Schichten an einem manuellen Arbeitsplatz zu fahren, um in der Nachtschicht Werkzeugmaschinen zu bestücken oder um einen aufwendigen Prozess in die Linie zu bringen, wo und wann er gebraucht wird.“

Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics

www.staubli.com; Motek Halle 7 Stand 7305



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