Automatisierung Mobile Manipulation für Maschinenbeladung

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KMU arbeiten oft mit kleinen Losgrößen. Automatisierung ist deshalb teuer und aufwendig, während manuelle Maschinenbeschickung einen hohen Personalaufwand erfordert. Eine Lösung könnten mobile Roboter sein.

Am Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin wird mit dem mobilen Manipulator „Tend-O-Bot“ an der autonomen Maschinenbeschickung geforscht. Ein mobiler Manipulator ist eine Kombination aus einem fahrerlosen Transportsystem (engl. autonomous mobile robot, AMR) und einem kollaborativen Roboterarm, auch Cobot genannt. Dieses robotische System hat den Vorteil, dass der Roboterarm an jeder durch das AMR erreichbaren Stelle zum Einsatz gebracht werden kann. Mit dieser Mobilität können gleich zwei Probleme der Automatisierung der Maschinenbeschickung gelöst werden: Erstens ist der Roboterarm nicht an eine Maschine gebunden, wodurch eine höhere Auslastung des Roboters erzielt werden kann. So kann gerade bei längeren Produktionszeiten pro Teil eine schnellere Amortisierung erreicht werden. Zweitens verbraucht der Ansatz weniger Platz, da der Roboter nur bei Bedarf an der gleichen Stelle platziert wird, wo sonst die menschlichen Bedienerinnen und Bediener stehen.

Flexible Automation erhöht Komplexität

Die Benutzung eines mobilen Manipulators zur Maschinenbeschickung bringt besondere Herausforderungen in der Präzision mit sich. Stationäre Roboter haben den Vorteil, dass sie eine Bahnführung mit hoher Genauigkeit garantieren können. Obwohl der Cobot eines mobilen Manipulators ebenfalls eine hohe Wiederholgenauigkeit besitzt, ist die absolute Genauigkeit von Bewegungen in Relation zur Maschine anspruchsvoll zu realisieren. Um die genaue Position des Arms in der Maschine festzustellen, kombiniert das Fraunhofer IPK Daten aus verschiedenen Sensoriken des Roboters. Das zentrale Problem besteht darin, dass AMRs eine geringe Positionierungsgenauigkeit besitzen. Die Anfahrt des Roboters kann lediglich auf einige Zentimeter genau erfolgen – präzise Fügeoperation von Rohlingen in Spannsysteme einer CNC-Fräse erfordern eine um zwei Größenordnungen höhere Genauigkeit. Um diese Lücke zu schließen, werden am IPK Technologien aus verschiedenen Bereichen der maschinellen Wahrnehmung eingesetzt.