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HandhabungstechnikDie dritte Hand

Kleinroboter packt mit zu
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Handhabungstechnik: Die dritte Hand

Wer hat sich nicht schon einmal beim Löten eine dritte Hand gewünscht, die genau im richtigen Moment mit zugreift, das Halten von Teilen übernimmt sowie nach dem Löten das Bewegen und gezielte Ablegen im Magazin erledigt. Bisherige Serienroboter empfehlen sich dafür nicht als Helfer, denn die strengen Sicherheitsbestimmungen verlangen die strikte Trennung von Mensch und Handhabungsmaschine. Auch das einfache und schnelle Umprogrammieren bei nur kleinen Stückzahlen müsste dann möglich sein. Sonst lohnt die Robotisierung nicht. Beim Kleinroboter „Katana“ ist aber einiges anders. Er gehört zu einer neuen Generation von Robotern. Zunehmend liegt das Augenmerk der Entwickler auf:
• Anpassungs- und Lernfähigkeit mit den Möglichkeiten und Mitteln der Künstlichen Intelligenz

  • von Sichtsystemen in die Roboteraktionen und Verarbeitung bewegter Bilder
  • redundanter multimodaler Sensorik, zum Beispiel Kombination von akustischer und taktiler Wahrnehmung
  • zur Interaktion mit dem Menschen, wie Objektübergabe Hand in Hand oder das Führen des Roboterarmes durch Anfassen
  • der Auftragsvergabe an Roboter bis hin zur Befehlserteilung in natürlicher Sprache
  • neuer Hardware- und Software-Konzepte für die weitere Erhöhung der Sicherheit.
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Flexibel mit vier bis sechs Achsen

Der Auftisch-Roboter „Katana“ wurde für eine direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen konzipiert und hat sich inzwischen in vielen Anwendungen bestens bewährt. Man benötigt keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen für den Einsatz. Alles Erforderliche ist integriert. Das Bild 1 zeigt eine Achsenkonfiguration von mehreren Möglichkeiten. Für die Auswahl kann man ein Simulationsprogramm des Herstellers benutzen. So erreicht man eine gute Annäherung an das Anforderungsbild des Einsatzfalles. Die Bewegungszyklen werden dadurch zeitgünstiger ausfallen.

Als Endeffektor kommen Standardgreifer in Frage, aber auch problemangepasste Sondergreifer oder Werkzeuge, die man über eine Adapterplatte anschließen kann. Programmiert wird mit einer eigens für den Roboter entworfenen Software, die sich auch einfach benutzen lässt.

Was versteht man unter OTS?

Gegenwärtig wird viel unternommen, um Roboter ohne trennende Schutzeinrichtungen (daher kommt das Kürzel OTS) industrietauglich zu machen. Die Schutzzäune sollen fallen. Das ist für die Industrie ein attraktives Wunschziel, aber für die Assistenz- und Servicerobotik eine zwingende Notwendigkeit. Das Bild 2 illustriert diese Veränderung, vor der wir künftig öfter stehen werden. Der Mensch befindet sich im physischen Kontakt mit dem Roboter (linkes Teilbild), er fasst ihn an, anstelle einer strikten Trennung durch den Schutzzaun. Das Ziel wurde durch eine geschickte Kombination von Hard- und Softwaresicherheit zuwege gebracht. Beim intelligenten „Katana“ ist dieses Ziel erreicht. Eine umfassende Risikoanalyse hat gezeigt, dass alle wichtigen Sicherheitsnormen erfüllt werden. Die erste industrielle Anwendung erfolgte übrigens im Jahr 2001. Heutige Ausführungen des Roboters sind bereits mit weiterer Intelligenz angereicherte Weiterentwicklungen.

Vollautomatisch und auch hybrid

Der Kleinroboter „Katana“ lässt sich beispielsweise für die automatische Beschickung einer Maschine mit Kleinteilen einsetzen. Er gibt sie in einen Prüfautomaten und legt sie nach der Prüfung in gut und schlecht sortiert ab. Interessanter wird die Sache, wenn Mensch und Roboter direkt Hand in Hand arbeiten. Dazu zeigt das Bild 3 ein Beispiel. Dem Roboter wurde beigebracht, ein Teil aus dem Magazin zu holen. Er präsentiert es dem Werker in einer gewünschten Orientierung. Der erledigt manuell einige Montage- und Justierarbeiten, wobei er beide Hände zur Verfügung hat. Ist das erledigt, hält der Roboter das Objekt unter den Beschriftungslaser und zwar in verschiedenen Orientierungen, so dass vier Seiten eine Beschriftung erhalten. Die geforderte Toleranz von +/- 0,1 Millimeter über das gesamte Schriftbild wurde erreicht. Zum Schluss legt der Roboter das Objekt definiert in der Peripherie ab. Alternativ könnte ein solches Kunststoffteil auch zu einer Etikettiervorrichtung gebracht werden.

Bei dem in Bild 4 skizzierten Einsatzfall ist und bleibt der Mensch ebenfalls als zentraler Know-how-Träger erhalten. Es geht um diffizile Montage- und Abgleichprozesse an einer feinmechanisch-elektronischen Baugruppe. Der Umgang mit filigranen Heizwendeln von 0,008 Millimeter Durchmesser verbleibt beim Werker. Dem Roboter kommt zu, die Baugruppe stets in verschiedenen ergonomisch vorteilhaften Ausrichtungen zu präsentieren. Am Ende wird er die fertige Baugruppe ablegen und eine neue herbeiholen. Der Roboter übernimmt also einen Teil der sogenannten Sekundärmontage. Die ist zwar nötig, bringt aber keinen Wertzuwachs am Objekt. Die Effektivität der Montage ist jedoch gestiegen. Im Beispielfall waren es mehr als 25 Prozent.

Der „Katana“ lässt sich natürlich auch für vollautomatisches Handling im Rahmen seiner Traglastgrenze (maximal 0,5 Kilogramm bei einer Eigenmasse von 4,3 Kilogramm) für Bewegungsaufgaben einsetzen, wie wir sie von anderen Robotern gewohnt sind. Jedoch lassen sich die Zielpositionen viel leichter programmieren. Das macht den Roboter auch für kleine Stückzahlen von beispielsweise 100 bis einige 1.000 Stück interessant. Das Bild 5 zeigt dazu ein Beispiel. Etwas Aufregendes ist nicht dabei. Die Teile werden einem Prozess zugeführt, dann in eine automatisierte Prüfstation eingegeben und schließlich in einem Kassettenmagazin gespeichert. Teile mit bestimmten Fehlermustern werden an anderer Stelle deponiert. Für alle Vorgänge ist die Wiederholgenauigkeit von ± 0,1 Millimeter völlig ausreichend. Stefan Hesse

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