Mensch-Roboter-Kollaboration

Vakuum-Greifer optimieren Cobots

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Wenn Mensch und Roboter Seite an Seite arbeiten, muss die Chemie – oder in diesem Falle die Physik stimmen. Gefragt sind Systeme, die den Werker unterstützen, ohne ihn einzuengen oder gar zu gefährden. Hersteller als auch die Systemlieferanten müssen ein stimmiges Konzept zu bieten, das die Eigenschaften und Stärken beider Seiten berücksichtigt und eine sichere Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) gewährleistet.

Andreas Dölker, Leiter Unternehmenskommunikation, J. Schmalz GmbH, Glatten

Neben autonom arbeitenden Maschinen halten Roboter Einzug in die Fertigung. Sie übernehmen monotone oder physisch belastende Aufgaben, während sich die Mitarbeiter auf Tätigkeiten konzentrieren können, die kognitive und feinmotorische Fähigkeiten erfordern. Immer differenziertere Kundenwünsche führen zu einer höheren Variantenvielfalt bei geringer Stückzahl je Ausführung. Der Mensch wird mehr und mehr Teil des Produktionsprozesses. Gefordert sind also Systeme, die den Arbeiter direkt unterstützen. Der Roboter hat sich daher innerhalb der vergangenen zehn Jahre von einer koexistierenden Maschine über ein kooperatives System zu einer kollaborativen Unterstützung gewandelt.

Stärken beider Seiten kombinieren

Damit ein sogenannter Cobot überzeugen und die MRK funktionieren kann, gilt es den Menschen in den Mittelpunkt zu stellen. Denn fühlt sich der Mitarbeiter in Gegenwart des mechanischen Kollegen unsicher, weil dieser sich beispielsweise zu schnell oder zu dicht an ihn heran bewegt, leidet das Wohlbefinden – und damit auch die Leistungsfähigkeit. Zudem muss sich der Mitarbeiter frei bewegen können. Ziel der MRK ist es, die menschlichen Eigenschaften wie intuitives Wissen, Urteilsvermögen oder situatives Handeln mit den Stärken des Roboters – kurze Zykluszeiten und eine hohe Genauigkeit – zu kombinieren. Kollaborative Roboter sind in der Regel Leichtgewichte im Vergleich zu den klassischen industriellen Manipulatoren für Schwerlasten bis zu 1,3 t. Aufgrund ihres geringen Eigengewichts können sie je nach Typ Traglasten zwischen 3 und 10 kg bewegen. Um die Traglast maximal auszunutzen, müssen System- und Komponentenentwickler nicht nur die Funktionalität der Greifer, sondern auch deren Eigengewicht im Auge behalten.

Systemvakuum im Blick

Bei der Konstruktion der Vakuum-Flächengreifer FXCB und FXMCB nutzt Schmalz auch additive Fertigungsverfahren, um eine stabile und zugleich leichte Geometrie zu generieren. Um ein möglichst breites Greifspektrum abzudecken, ist die Greiffläche aus Schaum konstruiert. Somit können Kartonagen, Boxen und Bauteile mit Strukturen, Aussparungen sowie dreidimensionale Außenformen von bis zu 8 kg sicher gehalten werden. Den Sicherheitsaspekt berücksichtigten die Ingenieure auch bei der Formgebung: Dank der relativ großen Kontaktoberfläche und der verringerten Stoßkräfte erfüllt der Greifer die Sicherheitsvorgabe ISO TS 15066 – eine Norm, die für die MRK relevant ist.

Das Thema Sicherheit spiegelt sich nicht nur in der Frage wider, was bei einem direkten Kontakt zwischen Werker und Greifer oder Roboterarm passiert. Ebenfalls sicherheitsrelevant ist bei der Verwendung eines Sauggreifers das Vakuum. „Ein instabiles Vakuum oder gar ein plötzlicher Ausfall würde die unmittelbar danebenstehenden Personen akut gefährden“, erklärt Thomas Eisele, Leiter Geschäftsentwicklungsprozess Vakuum-Automation bei Schmalz. Daher verfügt die Cobot-Pump ECBPi – der druckluftunabhängige Vakuum-Erzeuger für den Einsatz an kollaborativen Robotern – über einen integrierten Sensor zur Überwachung des Systemvakuums. „Der aktuelle Wert wird dabei nicht nur auf dem Display angezeigt oder über die IO-Link-Schnittstelle abgerufen, sondern es lassen sich auch Grenzwerte definieren. Die Regelung des Vakuum-Erzeugers stellt somit einen definierten Vakuumwert sicher und regelt bei Bedarf selbständig nach“, erläutert Eisele. Der ECBPi erzeugt das erforderliche Vakuum rein elektrisch und kommt daher ohne zusätzliche Verschlauchung aus, die die Bewegungen des Roboterarms einschränken könnte. Zudem macht der druckluftunabhängige Vakuum-Erzeuger Prozessdaten im Feldbussystem transparent.

Intuitive Bedienkonzepte erleichtern die Installation

Die integrierte Kommunikationstechnik erleichtert zudem die Installation und Konfiguration der angeflanschten Systeme. Das ist insofern wichtig, weil Bedienung, Programmierung und Überwachung in der Regel nicht mehr von Roboterexperten übernommen werden. Obwohl die Anwendungen und Systeme vielfältiger und komplexer werden, müssen sowohl Roboterhersteller auch Komponentenlieferanten möglichst intuitive Bedienkonzepte entwickeln. Schmalz hat für den druckluftunabhängigen Vakuum-Erzeuger sowie den Flächengreifer eine smarte Lösung parat: Beide Komponenten sind mit der NFC-Technologie (Near Field Communication) ausgestattet. Über diese Schnittstelle können Daten, die Bedienungsanleitung und auch Fehlermeldungen am Smartphone in der Schmalz Control-Room App ausgelesen und die Geräte parametriert werden. Um den Vakuumerzeuger am Roboter anzubringen, bietet das Unternehmen unterschiedliche Flanschplatten an. „Die einfache Bedienbarkeit von Greifer und Co ist Voraussetzung für das Gelingen der kollaborativen Zusammenarbeit“, so Eisele abschließend. kf

www.schmalz.com

Weitere Informationen zu den Vakuum-Greifsystemen von Schmalz:
hier.pro/ZmUE6

Hannover Messe 2019: Halle 17, Stand E26


„Die einfache Bedienbarkeit ist eine wichtige Voraussetzung für das Gelingen der kollaborativen Zusammenarbeit.“


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Video aktuell

Basierend auf dem brandneuen Standard Wireless-IO-Link zeigt Timo Mauderer, Leiter Vorentwicklung bei der Zimmer Group den intelligenten Roboterflansch, der kabelgebundene mechatronische Greifer mit wireless-IO-Link verknüpft und somit eine externe Roboterverkabelung in vielen Fällen überflüssig macht.

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