Anlässlich unseres 100-jährigen Bestehens präsentieren wir – elektrotechnik AUTOMATISIERUNG – die Pioniere der industriellen Automation. In einer exklusiven Berichtserie zeigen wir deren Errungenschaften. Mit den Wegbereitern der Automation lassen wir Technologien und Entwicklungen Revue passieren, betrachten die Gegenwart und wagen einen Blick in die Zukunft!

Handhabung & Greiftechnik

Meilenstein der Automation: Fingerfertige Greifsysteme

| Autor / Redakteur: Jakob Khoury* / Karin Pfeiffer

Konzept Mechatronik3 basiert bis heute auf drei Säulen

1. Alternativ: Pneumatik ersetzen bei gleicher Leistung. Hierbei handelt es sich um die Einstiegsklasse in die Welt des mechatronischen Greifens. Pneumatische Komponenten lassen sich 1:1 durch mechatronische Module ersetzen. Bestes Beispiel: der Schunk EGP Kleinteilegreifer, der im Jahr 2011 seine Premiere feierte.

Die mechatronische Alternative zum pneumatisch angetriebenen Miniatur-Parallelgreifer Schunk MPG-plus basiert auf der identischen mechanischen Plattform.

Was sich bei pneumatischen Greifern bewährt hat, überträgt Schunk konsequent auf seine elektrisch gesteuerten Module. Zugleich konzentriert sich der Schunk EGP bei der Mechatronik aufs Wesentliche und stellt nur geringe Anforderungen an die Anwender. Damit senkte Schunk die Hemmschwelle, die bis dato so manchen Nutzer vom Einsatz mechatronischer Module abhielt.

So lässt sich der Greifer denkbar einfach, beispielsweise über den Sensorverteiler, digital ansteuern. Auch was die Leistung angeht, überzeugt der rasante Pick & Place-Helfer. Verglichen mit am Markt erhältlichen elektrisch angetriebenen Kleinteilegreifern punktet er mit hohem Tempo bei gleichzeitig hoher Greifkraft.

2. Adaptierbar: Antrieb über gängige Servomotoren. Über einen Motoradapter können die adaptierbaren Schunk Mechatronikkomponenten mit marktüblichen Servomotoren verbunden werden. Das bringt zwei zentrale Vorteile: Zum einen lässt sich der Greifer als zusätzliche Achse direkt interpolieren, sprich mit dem gleichen Befehlssatz wie beispielsweise der übergeordnete Roboter ansteuern.

Zum anderen können die Eigenschaften der Anlagensteuerung hinsichtlich Programmierung, Safety oder Feldbussen direkt genutzt werden. Zu diesem Segment zählt beispielsweise der robuste Großhubgreifer Schunk EGA, der 2009 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Er basiert auf einer mechanischen Plattform, die sich beim pneumatischen Großhubgreifer Schunk PHL vielfach bewährt hat.

Der Greifer baut extrem flach, kompakt und weist nur geringe Störkonturen auf. Mit seinem großen Hub von 100 mm pro Finger und einer Greifkraft von 1750 N eignet er sich für die Handhabung großer Teile bis 8,75 kg ebenso wie für die Chargenfertigung, bei der unterschiedliche Werkstückgrößen über eine einzige Linie laufen. Angetrieben wird der EGA von einem anflanschbaren Servomotor, wobei alle gängigen Industrie-Servomotoren angedockt werden können.

3. Intelligent: Motor und Steuerungstechnik sind komplett inte- griert. Die dritte Säule des Mecha- tronikkonzepts bildet zugleich das Spitzenfeld der mechatronischen Greifer. Zusätzlich zu einer erhöhten Flexibilität dienen die intelligenten Hightech-Greifer aus dem Schunk-Programm dazu, Fertigungs-, Montage- und Handhabungsprozesse zu verkürzen oder vollkommen neue Lösungsstrategien zu ermöglichen. So beispielsweise der Schunk EGL, der speziell auf die Anforderungen der Industrie 4.0 zugeschnitten ist und 2017 vorgestellt wurde.

Der weltweit erste, in der höchsten Kategorie C zertifizierte Profinet-Universalgreifer mit integrierter Elektronik vereint Power, Vielseitigkeit und Intelligenz. Seine hochperformante Profinet-Schnittstelle schafft optimale Voraussetzungen für eine Echtzeit-Prozessregelung und eine maximale Performance. Mit einer variablen Greifkraft zwischen 50 N und 600 N deckt der kompakte Greifer ein außergewöhnlich breites Teilespektrum ab.

Im Kraftschluss kann er unterschiedlichste Teile bis 3 kg im Wechsel handhaben – Leiterplatten in der Elektronikindustrie ebenso wie Bauteile in der Konsumgütermontage oder im Maschinenbau. Um die Taktzeit zu verkürzen, können die Finger mit einer Geschwindigkeit von bis zu 150 mm/s beliebig vorpositioniert werden. Die komplette Steuerungs- und Leistungselektronik ist platzsparend in seinem Inneren verbaut, sodass er dezentral und dank 24 V DC Betriebsspannung bei Bedarf sogar mobil eingesetzt werden kann.

Eine Diagnoseschnittstelle erlaubt den Zugriff auf die wichtigsten Prozess- und Status-Daten des Greifers. Im Rahmen des Smart Grippings ermöglicht der als Technologieträger individuell modifizierte Greifer autonome Szenarien, bei denen Teile vermessen, identifiziert und der Handhabungsprozess in Echtzeit überwacht werden. Noch auf Ebene des Greifmoduls lassen sich Beschädigungen erkennen und Gut/Schlecht-Entscheidungen treffen. Nach der Verarbeitung der Daten in der eigenen Elektronik lassen sich sowohl die ermittelten Informationen (z.B. Bauteil gut oder schlecht) wie auch die Messdaten an die Anlagensteuerung zur Prozessregelung oder an Cloud-Plattformen übertragen.

Greifer für kollaborative Anwendungen

Wie vielfältig die Einsatzfelder mechatronischer Greifer mittlerweile sind, zeigt Schunk mit seinem Co-act-Programm für kollaborative Anwendungen.

Als erster Anbieter überhaupt hat das Unternehmen sowohl die anthropomorphe Schunk SVH 5-Fingerhand als auch den Schunk Co-act EGP-C Kleinteilegreifer von der DGUV für kollaborative Anwendungen zertifizieren lassen.

Das Zertifikat vereinfacht die Sicherheitsbetrachtung bei kollaborierenden Anwendungen und verkürzt den Zeitaufwand.

Um die Kollaboration mit dem Bediener möglichst flüssig und intuitiv zu gestalten, ist der Schunk Co-act EGP-C mit einer LED-Beleuchtung in Ampelfarben ausgestattet, über die der Anwender den jeweiligen Zustand des Moduls signalisieren kann. Wohin die Reise geht, verdeutlich der Technologieträger Schunk Co-act JL1, der erste intelligente MRK-Greifer, der unmittelbar mit dem Menschen interagiert und kommuniziert.

Mit der Unterstützung unterschiedlicher Sensoren kann der Greifprozess beim intelligenten MRK-Greifer in Echtzeit angepasst werden. Situations-, Umgebungs- und Einsatzbedingungen werden über eine sensorische Aura aufgenommen, bewertet und kommuniziert. Diese sensorische Aura besteht aus einer strombasierten Kraftregelung sowie aus taktilen, kapazitiven und optischen Sensoren. Mithilfe eigens entwickelter Greifstrategien stimmt der Greifer sein Verhalten in Echtzeit darauf ab, ob das Werkstück oder womöglich eine menschliche Hand gegriffen wird.

Eine spezielle Software bündelt die unterschiedlichen Informationen aus den einzelnen Sensorquellen und leitet daraus die korrekte Information ab.

Über eine OPC UA-Schnittstelle ist der Greifer darüber hinaus auch in der Lage, sowohl mit dem Roboter wie auch mit der übergeordneten Anlagensteuerung zu kommunizieren.

* *Jakob Khoury, Leiter Produktmarketing bei Schunk

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