Ortsflexible IndustrieRoboter Roboter mit Selbststeuerung unterstützen flexible Fertigung mit kurzen Taktzeiten

Die Kombination von Sensorik und Echtzeitsteuerung eröffnet der industriellen Robotik neue Anwendungsfelder, weit über einfache Montage- und Handhabungsaufgaben hinaus. So erlaubt ein neues Verfahren, gestützt auf Robotertechnik von Mitsubishi Electric, jetzt auch in der Produktion den wirtschaftlichen Einsatz von ortsflexiblen Robotern, die noch während der Bewegung ihres Arms auf Veränderungen in der Umgebung reagieren und die Bewegungsbahn festlegen.

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SAB Bröckskes GmbH & Co KG

Schneider Electric GmbH

Mitsubishi Electric Europe B.V. Factory Automation

Die dafür notwendige Selbstlokalisierung der Roboter sowie die Lokalisation anderer beweglicher Objekte innerhalb der Arbeitszelle funktioniert ohne Bildverarbeitungssystem. Die sensorgeführte Echtzeitsteuerung erfordert auch keine aufwändige Programmierung. Ein Kernelement dieser hochflexiblen Handhabungstechnik ist das von Robotics Technology Leaders entwickelte Lokalisierungssystem VRFloor (Virtual Reality Floor), das zum Beispiel auch bei den robotergestützten Fernsehkameras im neuen ZDF-Nachrichtenstudio eingesetzt wird.

Es besteht aus passiven Markern mit fester Identität, Sensoren zur Erfassung der Markierungspunkte und einem Steuerungsrechner zur Auswertung der Sensorinformationen. Die Marker werden etwa drei Millimeter unterhalb der Bodenoberfläche eingebaut. Ein Luftkissen sorgt für die Mobilität des Roboters. Dieser lässt sich innerhalb der Arbeitszelle verschieben, aber auch leicht an andere Produktionsstationen umsetzen. Die Sensoren werden am Roboterfuß und — je nach Anwendung — an weiteren beweglichen Objekten im Arbeitsraum (z.B. Werkstückträger) befestigt. Damit ist es nicht mehr erforderlich, zugeführte Werkstücke in der Arbeitszelle exakt auszurichten und zu positionieren. Das Lokalisierungssystem arbeitet berührungslos und verschleißfrei.

„Um Roboter und Fertigungsstationen derartig flexibel gestalten zu können, ist eine Echtzeitsteuerung unerlässlich“, erklärt Dr. Stefan Riesner, Geschäftsführer bei Robotics Technology Leaders in München. Das 2005 gegründete Unternehmen beschäftigt derzeit zehn Mitarbeiter, ist Mitglied im Automation Network von Mitsubishi Electric und Spezialist für Robotik-Anwendungen in den Feldern Broadcasting Automation und hochflexible Fertigungssysteme – ganz besonders für kleine Losgrößen bis zur Einzelfertigung.

Tausende von Einzeldaten werden in wenigen Millisekunden verarbeitet

Erst der schnelle Datenaustausch zwischen Sensor und Steuerung versetzt den Roboter in die Lage, auf Veränderungen im Arbeitsraum direkt zu reagieren und seine Bewegungsbahn in Abhängigkeit der aktuellen Sensorwerte während der Bewegung festzulegen. Ein Computer errechnet aus den Signalen die Bewegungsinformationen und überträgt die Positionsdaten in schneller Folge — typischerweise innerhalb von einer bis zehn Millisekunden — an die Robotersteuerung. Für eine kurvenförmige Bewegung des Roboterarms von 15 cm, die in einer Zeit von drei Sekunden erfolgt, müssen bei einer Taktzeit des Roboters von zwei Millisekunden zum Beispiel 1500 Positionen an die Robotersteuerung übertragen werden.

Mitsubishi Electric wiederum hat seine Industrieroboter bereits sehr früh mit einer Schnittstelle für die Echtzeitsteuerung ausgestattet, was es RT Leaders ermöglicht, für kundenspezifische Lösungen aus einer breiten Palette von Robotern zu wählen. Das Programm umfasst fünf- und sechs-achsige Knickarmroboter mit Traglasten von ein bis 12 kg und Reichweiten bis 1385 mm sowie SCARA-Roboter mit sechs bis 18 kg Traglast und bis 850 mm Reichweite. Auch das jüngste Mitglied der Familie, ein besonders wendiger Sechs-Achsen-Knickarmroboter (Typ RV-2SDB) mit zwei kg Traglast und 504 mm Reichweite bietet die Möglichkeit zur Echtzeitsteuerung. Der Roboterarm besitzt einen Schwenkbereich von ±240 Grad und kann somit nach beiden Seiten über seinen Aktionsradius von 360 Grad hinausdrehen. Bei einer Geschwindigkeit von bis zu 4.400 mm/s erreicht der Roboter, der in allen Achsen über eine Bremse verfügt, eine Wiederholgenauigkeit von 2/100 mm.

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