Kollege Roboter in der Fabrik der Zukunft

Wie Industrieroboter das 'Update' auf Industrie 4.0 ermöglichen
Die Geschichte der Industrie in den letzten gut 200 Jahren ist gleichzeitig spannend und herausfordernd. Nach dem Beginn der industriellen Revolution, der industriellen Massenfertigung und dem Einzug der elektrischen Automatisierungstechnik stehen wir nun vor der sogenannten 4. industriellen Revolution, bei der die Robotik eine Schlüsselrolle spielt.

Kritischer Faktor Sicherheit

Neben der Mobilität spielt die Absicherung des Arbeitsbereiches eines Roboters eine große Rolle. Alle potentiellen Einsatzorte eines Roboters mit starren Schutzzäunen abzusichern, widerspräche dem Flexibilitätsgedanken von Industrie 4.0. Entweder muss der Roboter also von sich heraus sicher sein, indem er nur geringe Massen und ungefährliche Werkzeuge bewegt und sicher auf Annäherung oder Berührung reagiert. Oder aber der Arbeitsbereich des Roboters wird dynamisch mittels sicherer Sensoren abgesichert. Solche \’sicheren Roboter\‘ bilden wiederum die Voraussetzung für eine direkte Mensch-Roboter Kooperation, in der sich die Arbeitsräume von Mensch und Roboter absichtlich überschneiden. Der Roboter holt beispielsweise ein Bauteil aus dem Lager und übergibt es an den Menschen. Oder er fixiert das Bauteil, während der Mensch daran arbeitet (\’intelligente dritte Hand\‘ für den Werker).

Standardisierte und offene Lösungen

Neben reinen Handhabungsaufgaben wird ein Roboter aber auch direkt Bauteile bearbeiten, fügen, montieren oder prüfen müssen. Die Robotersteuerung muss also Integrationsmöglichkeiten für solche Prozesse bereitstellen. Offene Steuerungsplattformen bieten bereits heute die Möglichkeit, beispielsweise einen NC-Kern oder ein Vision-System zu integrieren, sodass der Roboter Fräsbearbeitungen oder Prüfaufgaben direkt ausführen kann. Um mit anderen Steuerungen kommunizieren zu können, beispielsweise mit anderen Maschinen oder externen Prozess-Steuerungen, ist es von Vorteil, wenn die Robotersteuerung Mainstream-Technologien aus dem IT-Umfeld nutzt, z.B. PC- und Netzwerktechnologien oder moderne Betriebssysteme, wie Microsoft Windows. Standardisierte Kommunikationsprotokolle auf syntaktischer und semantischer Ebene lassen sich so direkt nutzen. Ebenso von Vorteil ist der Einsatz von Mainstream-Technologien im Bereich der Programmiersprachen und integrierten Programmierumgebungen. Hier eignet sich beispielsweise Java als die Internet-Programmiersprache schlechthin, selbstverständlich erweitert um robotikspezifische Bibliotheken.

Intelligenter Werkzeugwechsel

Die durch moderne informationstechnische Ansätze gewonnene Flexibilität reicht jedoch nicht aus, um auch in der physikalischen Realität bestehen zu können. Zwar sind Roboter sehr flexible Bewegungsmaschinen, jedoch sind die Werkzeuge an ihm häufig starr und können nur eine ganz bestimmte Aufgabe erfüllen. Flexibilisierung kann hier durch intelligente Werkzeugwechselsysteme erreicht werden. Darüber hinaus gibt es heute Ansätze, die mechanische Anpassungsfähigkeit eines Werkzeugs, die beispielsweise durch Federn erreicht wird, bereits im Roboterarm abzubilden, indem dieser durch eine geeignete Parametrierung zur Laufzeit verschiedene mechatronische Eigenschaften annehmen kann, etwa eine größere Nachgiebigkeit in die eine und eine größere Steifigkeit in die andere Richtung. Dadurch werden die Werkzeuge am Roboterflansch einfacher, ohne an Flexibilität einzubüßen. Zu sehen sind solche Ansätze heute bereits an Leichtbaurobotern, deren Eigenschaften sich achsweise oder kartesisch zur Laufzeit festlegen lassen, die durch integrierte Momentensensoren in allen Achsen nachgiebig und feinfühlig sind und Bauteiltoleranzen ausgleichen können, ohne dass deshalb gleich das Werkzeug umkonstruiert werden muss. Da solche Roboter dem menschlichen Arm nachempfunden sind, verfügen sie zudem über Redundanzen, sodass ein und dieselbe Zielstellung des Werkzeugs durch verschiedene Stellungen des Roboters angefahren werden kann. Dies ist besonders in schwer zugänglichen Bereichen von Vorteil.

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KUKA Deutschland GmbH
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