Sicheres Greifen durch smarte Greifmodule

Kaum eine Beschreibung der modernen Fertigung kommt ohne die Schlagworte Industrie 4.0, Smart Factory oder Mensch-Roboter-Kooperation aus. Aber nicht nur der Roboter muss den Anforderungen genügen. Damit das Konzept aufgeht, müssen auch sämtliche Komponenten den Anforderungen der modernen, in Zukunft mehr und mehr kollaborativen, Produktion entsprechen.

Die Vorteile einer menschlichen Arbeitskraft mit den Vorteilen des Einsatzes von Robotern zu kombinieren und so das bestmögliche Ergebnis in der Fertigung zu erhalten, das ist die Aufgabe der kollaborativen Robotik. Der MRK-Bereich verbindet die Vorteile aus beiden Welten. Die Lernfähigkeit, die Erfahrung und die Befähigung des Menschen zu improvisieren, werden aufs vorteilhafteste mit den Stärken eines Roboters wie Genauigkeit, Präzision und Reproduzierbarkeit bei hoher Geschwindigkeit kombiniert. Die Entwicklung hin zu einer engen und verzahnten Zusammenarbeit, in der sich die Arbeitsbereiche von Mensch und Roboter überschneiden, bedingt die zunehmende Auflösung der Trennung zwischen Roboterarbeitsplatz mit Schutzzaun und manuellen Arbeitsplätzen. Eines der wichtigsten Themen und Hauptvoraussetzung bei der Umsetzung von Cobots ist die Sicherheit von „Kollege Roboter“. Denn es nützt nichts, wenn nur der Roboter über Sicherheitsmechanismen verfügt, nicht aber das Greifmodul als Endeffektor. Speziell für diese Anforderungen hat das Ludwigsburger Hightechunternehmen Weiss Robotics, welches sich auf die Entwicklung und Fertigung von mechatronischen Komponenten für anspruchsvolle Handhabungsaufgaben spezialisiert hat, ein Greifmodul entwickelt, das mit seinen abgerundeten Kanten und seiner sicher begrenzte Greifkraft ein flexibles Werkzeug für kollaborative Roboter darstellt. Der CRG 30 erfüllt standardmäßig die DGUV Empfehlungen für kollaborative Robotersysteme sowie die Anforderungen der Norm ISO/TS 15066 und vereinfacht damit die obligatorische Risikobeurteilung der Anlage in kollaborativen Roboteranwendungen erheblich.

Zusammenarbeit und Sicherheit schon bei der Integration an den Roboter

Aber damit nicht genug. Die Ingenieure von Weiss Robotics gehen noch einen Schritt weiter bei der Umsetzung dieses Konzeptes. Um die Maschinenumrüstung auf Knopfdruck und in den Fertigungsprozess integrierte Qualitätssicherung bei Pick & Place-Anwendungen bestmöglich zu verwirklichen, haben Sie zusammen mit dem dänischen Leichtroboterhersteller Universal Robots das GRIPKIT entwickelt. Hier beginnt die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter schon bei der denkbar einfachen Montage des Greifmoduls und der intuitiven Einrichtung und Programmierung der Griffe und des Roboters, auch ohne nennenswerte Programmierkenntnisse. Denn die industriebewährten Greifmodule des Ludwigsburger Greifspezialisten integrieren sich nahezu nahtlos in die Roboterarme von Universal Robots. Insgesamt existieren derzeit sechs Varianten von GRIPKIT, die ein breites Anwendungsspektrum u.a. auch kollaborative Anwendungen abdecken. GRIPKIT enthält dabei alle Komponenten, die für eine einfache und schnelle Realisierung einer Greifanwendung mit Universal Robots benötigt werden. Angefangen beim Flanschadapter und dem passenden Schnittstellenwandler befinden sich im Lieferumfang auch die notwendigen Kabel, passendes Befestigungsmaterial sowie ein USB-Stick mit Dokumentation und dem passenden URCaps-Plugin. Damit wird GRIPKIT zur echten Plug-and-Work Lösung.

Adaptive Greiftechnik als Voraussetzung für Industrie 4.0

Industrie 4.0, als weiteres Schlagwort der heutigen Fertigung, bezeichnet die immer enger werdende Verzahnung von klassischer Produktion mit Informations- und Kommunikationstechnik. Die wird auch benötigt, da Produkte immer individueller auf Kundenwünsche angepasst werden müssen, und dabei bereits in kleinsten Stückmengen mit größtmöglicher Wirtschaftlichkeit produziert werden sollen. Damit der Fertigungsprozess nun so umgestaltet werden kann, dass die Umrüstung von Variante A auf Variante B softwareseitig, quasi auf Knopfdruck, möglich wird, muss die Datenanbindung aller am Prozess beteiligten aktiven Komponenten und deren Parametrierbarkeit zur Laufzeit gewährleistet sein. Denn nur eine durchgängige Kommunikation bis in die Feldebene ermöglicht die einfache Rekonfiguration des Prozesses und damit eine ökonomisch darstellbare automatisierte Variantenfertigung. Die leistungsfähigen Greifmodule der Ludwigsburger Technologieschmiede stellen standardmäßig die notwendigen Datenschnittstellen bereit und lassen sich im Feld auch leicht um parametrieren. So verfügen die Greifmodule von Weiss Robotics je nach Zielanwendung über Ethernet- oder IO-Link-Konnektivität. Mit Hilfe von IO-Link können die Greiffinger flexibel vorpositioniert und Greifposition und Greifkraft frei eingestellt werden. Damit kann nahtlos zwischen bis zu acht parametrierten Griffen umgeschaltet und so die Handhabung unterschiedlicher Teile ohne zeit- und kostenintensives Umrüsten besonders einfach realisiert werden.

Smarter Greifen

Permanente Information über den aktuellen Ablauf gibt Sicherheit und erhöht die Qualität und die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses. So verfügt der CRG über einen Leuchtring, der dem Benutzer mit seinen verschiedenen Leuchtmustern und Farben intuitiv Auskunft über den aktuellen Zustand des Greifers gibt. Noch genauer wird es mit den bei jedem Greifmodul systemseitig bereitgestellten Diagnosedaten. So erfasst das hochauflösende Absolutmesssystem die Fingerposition zuverlässig auch ohne eine initiale Referenzfahrt. Eine integrierte Greifteilerkennung ermöglicht eine zuverlässige Handhabung komplexer Werkstücke auch in schwierigen Situationen. Dank der sensorlosen Greifkraftregelung können auch spröde, zerbrechliche oder nachgiebige Teile jederzeit sicher und zuverlässig gegriffen werden. Modernste modellbasierte Algorithmen ermitteln die aktuelle Greifkraft aus dem Antriebszustand und regeln sie präzise auf den vorgegebenen Wert. Diese Technik garantiert ein reproduzierbares Greifergebnis auch bei wechselnden Umgebungsbedingungen.

Maximale Anlagenverfügbarkeit durch integrierte Sensorik

In klassischen Greifanwendungen verursachen meist die Näherungsschalter am Greifmodul Probleme in der Produktion. Sie sind oft exponiert am Greifergehäuse angeordnet und damit besonders anfällig für Verschmutzung, unbeabsichtigtes Verstellen und Beschädigung. Zudem müssen sie manuell justiert werden, was zeitaufwendig und fehleranfällig ist. Daher verfügen die Greifmodule von Weiss Robotics über eine integrierte Positionssensorik. Das macht externe Näherungsschalter überflüssig und verbessert die Prozessstabilität wesentlich.

Über die in die Greifmodule eingebaute Prozesssteuerung ist zudem ein durchgehendes Monitoring des Greifprozesses bis hin zur gezielten Fehlersuche mittels komponentenseitig bereitgestellten Diagnosedaten möglich. Prozessrelevante Parameter wie Greifpunkt und Bewegungsdauer sind jederzeit vom Greifmodul abrufbar. Die anlagenseitige zeitliche Betrachtung dieser Werte gibt Auskunft über den „Gesundheitszustand“ des Handhabungsprozesses und ermöglicht ein frühzeitiges Eingreifen des Servicepersonals. So werden unproduktive Stillstandzeiten der Anlage minimiert und deren Wirtschaftlichkeit gesteigert.

Das verdeutlicht, wie servoelektrische Greifmodule und smarte Pneumatikgreifer durch die Digitalisierung des Greifprozesses einen Mehrwert für den Anlagenbetreiber bringen. Im Alltag einer softwaregesteuerten und bedarfsgerecht gewarteten Produktionsanlage sind sie die Kernkomponenten und machen die vielfach unter den Begriffen von Industrie 4.0, MRK und Smart Factory geforderte flexible automatisierte Produktion bis hinunter zu Losgröße 1 überhaupt erst möglich.