Mensch-Roboter-Kollaboration in der Schwerlastrobotik

Mensch-Roboter-Kollaboration

B&R liefert Komponenten für MRK

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Werden die Eigenschaften von Mensch und Roboter kombiniert, können neue Arbeitsabläufe entstehen oder bestehende entscheidend optimiert werden. Dass Mensch-Roboter-Kollaboration auch in der Schwerlastrobotik nicht nur Theorie ist, beweist eine Demozelle von EngRoTec, in der die sichere und automatisierte Montage einer PKW-Heckklappe gezeigt wird.

Seit einiger Zeit machen Serviceroboter Schlagzeilen, die Menschen bei der Hausarbeit oder der Krankenpflege unterstützen. Direkte Mensch-Roboter-Kollaborationen eignen sich für die Montage und die Handhabung von Kleinteilen. Roboter sorgen für eine Entlastung der Beschäftigten, wenn zum Beispiel Über-Kopf-Arbeiten ausgeführt oder ergonomisch ungünstige Haltungen für ihre Tätigkeit eingenommen werden müssen. Anwendungen dieser Art zählen zur Leichtbaurobotik, bei der nur geringe Massen mit leistungs- und kraftreduzierten Antrieben bewegt und deshalb Menschen nicht gefährdet werden können.

Ganz anders verhält es sich im Bereich der Schwerlastrobotik. Bekannt sind zahlreiche Anwendungen im Automobilbau, wo hunderte Roboter in ihren sicheren Behausungen ganze Karossen zusammenschweißen. „Unter diesen Bedingungen lassen sich heute die meisten Anwendungsfälle automatisieren“, beschreibt Marc Burzlaff, Geschäftsführer der EngRoTec-Solutions GmbH & Co. KG, den technischen Stand. „Zukünftig kommt es darauf an, Menschen im Arbeitsprozess zu unterstützen und ihre Intelligenz mit den Vorteilen des Roboters zu kombinieren.“ So können effektivere und flexiblere Produktionsabläufe entstehen, die den Werker entlasten. „Dieser Vorteil gewinnt besonders vor dem Hintergrund von Industrie 4.0 und einer damit verbundenen Individualisierung von Produkten zunehmend an Bedeutung“, sagt Burzlaff.

2015 entwickelte das Technologieunternehmen das AI Roboterführungssystem und ermöglichte damit den roboterunterstützten und toleranzoptimierten Verbau einer Heckklappe in ein Fahrzeug. Diese praxiserprobte und durch die Berufsgenossenschaft zugelassene Applikation wurde nun in einer neuen MRK-Demozelle weiterentwickelt. „Solche Szenarien in Zukunft ökonomisch für den Kunden umsetzen zu können, war ein Hauptanliegen unserer Arbeit“, sagt Burzlaff. „Dazu war es notwendig das Automatisierungskonzept als Ganzes neu zu betrachten.“

Nach intensiver Marktrecherche entschieden sich die Ingenieure für die Mechanik eines Roboters des Herstellers Comau, der mit einer frei konfigurierbaren Steuerungstechnik von B&R ergänzt wird. Das Ergebnis dieser Kooperation heißt open Robotics und ermöglicht die vollständige Integration eines solchen Roboters in eine Anlage. „Der Einsatz von B&R-Technologie, bestehend aus flexiblen Hard- und Softwarekomponenten kombiniert mit effizienter integrierter Sicherheitstechnik, ist der Garant dafür, dass sich MRK-Technologie in der Produktion durchsetzen kann.““, sagt Markus Sandhöfner, Geschäftsführer der B&R Deutschland GmbH.

Basis für eine sichere Kooperation

Der Automatisierungsspezialist kann bei solcherart Applikationen die Vorteile seiner Produkte unter Beweis stellen. Steuerung, Antriebe und integrierte Sicherheitstechnik können frei ausgewählt und konfiguriert werden. Das Echtzeit-Ethernet Powerlink mit open Safety und die Abwicklung des kompletten Engineering-Aufwands mit der Software Automation Studio überzeugte die Konstrukteure. Dazu kommen die zahlreichen Technologiepakete, mit denen der Automatisierungsspezialist die Entwicklungsarbeit weiter unterstützt. Das Technologiepaket safe Robotics liefert wichtige Funktionen, mit denen MRK-Applikationen unterschiedlichster Aufgabenstellungen realisiert werden können. Es können zum Beispiel mehrere Flansche, Gelenke, Monitoring- und Toolpoints und bis zu 20 beliebig im Raum platzierbare Quader oder Ebenen gleichzeitig sicher überwacht und auch in Echtzeit neu parametriert werden. Um die Parametrierung zu erleichtern, können diese Daten direkt aus einem Simulationstool übernommen werden. Zum Technologiepaket gehören auch sichere Antriebsfunktionen, die die Bewegung des Tool Center Point (TCP) des Roboters überwachen. Das sind zum Beispiel Funktionen für die sichere Position, Geschwindigkeit und Orientierung des Roboters oder die sichere Position des TCP. Ohne diese Funktionen wäre eine MRK-Anwendung schwer oder gar nicht zu realisieren.

Neuer Produktionsstandard für Fabriken

Das so entstandene Szenario beeindruckt den Betrachter: Während ein Roboter mit einer beachtlichen Reichweite von 2,70 m und einer maximalen Traglast von 220 kg die komplette PKW-Heckklappe in eine Aufnahmevorrichtung befördert, wartet Sebastian Filk, Techniker bei EngRoTec, hinter der roten LED-Leiste im Boden. Diese markiert den Sicherheitsbereich um seinen Arbeitsplatz. Würde er sie übertreten, käme der Roboter innerhalb von Millisekunden zum Stehen oder würde mit einer langsameren Geschwindigkeit weiterarbeiten, um Menschen nicht zu gefährden. Kaum ist der stählerne Kollege zum Stillstand gekommen, schlägt die Farbe in Grün um und Filk darf den freigegebenen Bereich betreten. Er befestigt zwei Scharniere, verlässt den Bereich wieder und beendet den Arbeitsgang mit einem Knopfdruck am nächsten Terminal. Der Roboter führt die vormontierte Heckklappe zur Karosse, wo die exakte Einbauposition mit einem Laserscanner ermittelt wird. Wenn die grüne LED-Leiste erscheint, sitzt das Werkstück in der richtigen Position. Filk tritt erneut in den Arbeitsbereich. Während er die Heckklappe an die Karosserie schraubt, sendet die Steuerung bereits die Qualitätsdaten an das ERP-System des Werkes und fordert das nächste Werkstück an. Diese Form der Teamarbeit wird in Zukunft standardmäßig in vielen Fabriken unter dem Begriff Industrie 4.0 anzutreffen sein. eve

www.br-automation.com

www.engrotec.de

Details zu open Safety:

http://hier.pro/DFI8R

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