Roboter – intelligente Fertigungsassistenten

Wenn Industrieroboter Bauteile in hoher Geschwindigkeit millimetergenau platzieren, ist das ein beeindruckendes Schauspiel. Doch die Maschinen sind nicht sehr schlau – neue Tätigkeiten lernen sie nur mühsam. Mit Produktivitätssteigerung lässt sich dies kaum in Einklang bringen, denn dazu müssen die Roboter lernen, mit Teiletoleranzen und variierenden Arbeitsprozessen umzugehen. Die Tendenz zu kürzeren Produktlebenszyklen und der Trend immer kleinerer Stückzahlen verlangt ebenfalls immer mehr Flexibilität. Erschwerend kommt hinzu, dass prozesssichere Roboterlösungen meist die Auswertung von Sensordaten erfordern, z.B. von Kraft-Momenten-Sensoren. Das treibt normalerweise den Programmieraufwand beachtlich in die Höhe. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Einzellen-Montage mit vielen Einzelschritten und wechselnden Teilen.

Auch für sehr komplexe Aufgabenstellungen ist die entsprechende Roboterhardware und Sensorik heute bereits verfügbar. Programmierkosten und -dauer sowie ein Mangel an entsprechenden Experten limitieren in der Praxis jedoch den Robotereinsatz auf eher einfache Anwendungen mit festen Trajektorien, wie z.B. beim Serienschweißen oder Pick & Place. Auch Aufgabenstellungen, die etwas mehr Flexibilität erfordern, lassen sich noch mit überschaubarem Aufwand realisieren. Dazu zählt z.B. das Palettieren. Wird es komplexer, z.B. bei Fügeoperationen oder Montageteilschritten, kann der Programmieraufwand für die robotergestützte Fertigung von nur einer Produktvariante ohne Weiteres ein halbes Jahr dauern und ist unter ökonomischen Gesichtspunkten nicht mehr vertretbar. Der Programmieraufwand für eine vollständige Montageanwendung ist dann auf jeden Fall alles andere als wirtschaftlich.

Dieser Problematik hat sich die Karlsruher Firma ArtiMinds Robotics angenommen. Die Experten haben mit ArtiMinds RPS eine Software für einen flexiblen, günstigen Robotereinsatz entwickelt, die eine intuitive Programmierung auch von kraftgeregelten Prozessen ermöglicht und so den Robotereinsatz vereinfacht und beschleunigt. Ihr Prinzip basiert auf der Kombination vordefinierter Bausteine, die der Anwender per Drag & Drop zusammenstellt. Dabei wird er interaktiv geleitet und es gibt Animationen, die auch weniger versierten Anwendern das Vorgehen anschaulich machen. Die rund 50 Bausteine decken nahezu alle Aufgabenstellungen ab. Gleichzeitig bleibt die Auswahl aber auch überschaubar.

Anschließend werden die ausgewählten Bausteine durch Führen des Roboters an Schlüsselpunkte parametrisiert. Neue Aufgaben können die Bediener den Robotern also unkompliziert beibringen, indem sie den Roboterarm manuell an die richtigen Stellen bewegen. Die aktuell übliche Programmierung mittels Zeilencode ist nicht mehr notwendig. Dabei ist die Software an den Wissensstand des Nutzers anpassbar und sowohl für erfahrene Systemintegratoren als auch wenig versierte Anwender beim Anlagenbetreiber geeignet. Jeder kann dadurch Roboter in verschiedenen Produktionsbereichen einsetzen; die Automatisierung wird wirtschaftlicher.

Wie schnell sich Roboter mit der neuen Software programmieren lassen, verdeutlicht am besten das Beispiel einer Stift-Loch-Applikation: Wie unabhängige Tests gezeigt haben, lässt sich mit der neuen Software ein prozesssicheres Stecken in ca. fünf Minuten durch Einteachen von sieben Schlüsselpunkten programmieren. Die notwendige Spiralsuche zum prozesssicheren Auffinden des Lochs sowie die Kraftregelung zur Vermeidung von Verklemmungen beim Steckvorgang werden vollständig automatisch erzeugt. Mit Standardsoftware und Zeilencodes dagegen würde eine Längssuche zum Auffinden des Lochs bereits mehrere Stunden dauern; eine Spiralsuche und die Kraftregelung zur Vermeidung von Verklemmungen wäre mit vertretbarem Aufwand gar nicht möglich. Die Schnelligkeit und Einfachheit der Programmierung erschließt der Robotik zahlreiche neue Anwendungsfelder, zumal sich durch die dank der Kraftregelung gewonnenen Flexibilität teure, projektspezifische Hardwarelösungen vermeiden lassen. Selbst sehr anspruchsvolle Aufgabenstellungen wie das prozesssichere Kabelstecken bei der Schaltschrankverdrahtung werden realisierbar und amortisieren sich meist bereits im ersten Jahr, weil Standardhardware genügt. Ist das Programm fertig, wird es auf die Robotersteuerung überspielt und ist dann automatisch in den Prozessablauf integriert.

Neben solchen anspruchsvollen Aufgaben in der Handhabung und Fertigung mit robusten prozesssicheren Fügeoperationen im Mikrometerbereich ergeben sich noch viele weitere Chancen für den kraftgeregelten Robotereinsatz, z. B. in der Qualitätssicherung mit Online-Kraftmessung, im Bereich der Laborautomatisierung oder beim Test von Prototypen. Dabei verstehen sich die Karlsruher Robotik-Spezialisten nicht nur als reiner Softwarelieferant, sondern beraten auch als Dienstleister Firmen hinsichtlich Automatisierungschancen und unterstützen Systemintegratoren bei der Roboterprogrammierung anspruchsvoller Projekte.

Wie die Software in den unterschiedlichen Anwendungsfeldern ganz praktisch den Roboterprogrammierprozess vereinfachen und beschleunigen kann, können interessierte Messebesucher während der Motek in Halle 7, Stand 7415 live erleben. Hier werden Demoapplikationen mit Robotern von Universal Robots, Kuka und Denso laufen.