Mobiler Roboter

Beliebter Kollege für unliebsame Aufgaben

Mensch-Roboter-Kooperation. Während vielerorts über Produktionsszenarien von morgen diskutiert wird, nimmt die Zukunft bei Stäubli Gestalt an. Hier arbeiten bei der Montage von Elektrosteckern Werker und ein mobiles, autonomes Robotersystem in einem Pilotprojekt Seite an Seite.

Helmo übernimmt unter anderem die monotone Aufgabe der Montage von Elektrosteckern für Kupplungssysteme. Es sind immer die gleichen Handgriffe: Pin aufnehmen, präzise positionieren, eindrücken. (Bilder: Stäubli)

Es erinnert ein wenig an Science-Fiction, wenn Helmo morgens in der Montagehalle in Bayreuth seinen Dienst antritt. Das mobile Robotersystem navigiert selbstständig zu seinem Arbeitsplatz, verringert seine Geschwindigkeit oder bleibt stehen, wenn ihm menschliche Kollegen zu nahe kommen, um dann seine Fahrt zielgerichtet fortzusetzen. Wenn anspruchsvolle Montagearbeiten auf seinem Dienstplan stehen, die ein hohes Maß an Präzision fordern, muss sich Helmo vorbereiten. Der Roboter positioniert sich dann selbst auf den Zehntelmillimeter genau, indem er sich über drei auf dem Arbeitsplatz fest installierte Messpunkte einmisst. Danach kann die Schicht beginnen.

Entlastung der Belegschaft von monotnen Aufgaben
Betrachtet man seine Aufgabe im Detail, wird schnell klar, warum die Belegschaft gerne dem Roboter den Job überlässt. Die Montage von Elektrosteckern für Kupplungssysteme ist an Monotonie kaum zu überbieten. Dazu müssen jede Menge Kontaktpins präzise in den Stecker eingedrückt werden. Es sind immer die gleichen Handgriffe: Pin aufnehmen, präzise positionieren, eindrücken. Und das Pin für Pin, Stecker für Stecker. Dabei nimmt auch die Fehlerquote bei fortschreitender Arbeitsdauer zu. „Helmo arbeitet auch unter solchen Bedingungen fehlerfrei. Er entlastet die Belegschaft von unliebsamen Arbeiten und gilt deshalb als überaus beliebter Kollege. Wir sehen in ihm tatsächlich weniger den Roboter, sondern mehr den Assistenten, der flexibel dort zur Stelle ist, wo er gerade gebraucht wird“, betont Stäubli-Projektleiter Gerhard Geyer.

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Schaut man dem Roboter bei der Steckermontage zu, wird klar, was Geyer meint, wenn er vom Assistenten spricht. Helmo bewegt sich am Arbeitsplatz mit der Selbstverständlichkeit einer menschlichen Fachkraft. Er greift ein nicht bestücktes Steckergehäuse, legt es präzise in eine Vorrichtung ein. Danach holt er einen Kunststoffbehälter mit den Pins aus dem Regal, fährt einen Flexfeeder an und leert die Pins auf das Band, auf dem diese vereinzelt werden. Jetzt greift er step by step die Pins ab und montiert sie schnell und präzise in den Stecker. Ist der Montagevorgang abgeschlossen, legt er das komplett bestückte Steckergehäuse ab und startet einen neuen Montageprozess.

Der Roboter ist mit einer Safety-Skin, einer berührungsempfindlichen Oberfläche überzogen, die für das sofortige Abstoppen der Fahrt bei direktem Kontakt mit dem Menschen sorgt.

Erfahrungen für Serieneinsätze sammeln
Ist es heute die Steckermontage, kann es morgen die Teilebestückung einer Laserbeschriftungsanlage oder eine sonstige Aufgabenstellung sein, für die das mobile Robotersystem zum Einsatz kommt. Vorrangiges Ziel des laufenden Pilotprojekts ist es, Helmo produktiv und wirtschaftlich in bestehende Prozesse zu integrieren und dabei Erfahrungen für kommende Serieneinsätze zu sammeln. 

„Wenn Helmo voraussichtlich nächstes Jahr als Standardprodukt angeboten wird, wollen wir ihn natürlich hochflexibel für ein möglichst breites Aufgabenspektrum qualifizieren“, so Stäubli-Projektmanager Alexander Braun. Der Testbetrieb unter realen Bedingungen im eigenen Haus sei dafür sicherlich eine optimale Voraussetzung.

Bei dem mobilen Robotersystem setzt Stäubli auf einen Standardroboter der neuen TX2-Baureihe. Der sechsachsige TX2touch 90L hat maximal 15 Kilogramm Traglast und 1.200 Millimeter Reichweite.

Diese Maschine ist für die direkte Mensch-Roboter-Kooperation entwickelt. Um den hohen sicherheitstechnischen Anforderungen zu genügen, hat der Sechsachser ein komplexes Safety-Paket. Augenscheinliches Merkmal ist eine Safety-Skin. Diese berührungsempfindliche Oberfläche, die den Roboter wie eine Haut überzieht, sorgt für das sofortige Abstoppen der Fahrt bei direktem Kontakt mit dem Menschen.

Hinzu kommt die Sicherheitssteuerung CS9 mit jeder Menge weiterer Safety-Features, die sich über spezielle Funktionen wie Safe Speed, Safe Stop und Safe Zone/Safe Tool für jede Applikation speziell konfigurieren lässt. Ein integriertes Safetyboard überwacht dabei sämtliche Bewegungen des Roboters in Echtzeit. Jede Roboterachse hat einen eigenen digitalen Sicherheitsencoder. Alle Sicherheitsfunktionen sind zertifiziert und erfüllen die strengen Anforderungen der Sicherheitskategorie SIL3-/PLe.

Mit diesen Eigenschaften bietet der TX2touch optimale Voraussetzungen für den mobilen Einsatz. Helmo kann autonom fahren und navigieren, wobei er sein Umfeld permanent über drei integrierte Laserscanner überwacht. Das Robotersystem kann entweder Aufgaben vollautomatisiert in High Speed bei höchster Präzision erledigen oder bei Bedarf dem Menschen zur Seite stehen. Für Applikationen ohne direkte Mensch-Roboter-Interaktion lässt sich Helmo auch mit einem Standardroboter TX2-90L ohne Safety-Skin ausrüsten.

Um seine Vielseitigkeit in der Praxis ausspielen zu können, ist Helmo modular aufgebaut. Für den mobilen Betrieb hat er großzügig ausgelegte Energiespeicher, die für Autonomie sorgen. Er erkennt selbst, wann seine Energiereserven zu Ende gehen und lädt sich eigenständig wieder auf. Während des Ladevorgangs steht der Roboter für stationäre Aufgaben weiterhin zur Verfügung. Außerdem hat er ein automatisches Werkzeugwechselsystem. „Die Werkzeugwechsler sind eine Grundvoraussetzung für den autonomen Betrieb. Dennoch zeigt sich bei der Steckermontage, wie entscheidend intelligente Greifersysteme sind. Helmo kann mit seinem Greifer alle Arbeitsschritte vom Einlegen der feinen Pins bis zum Handhaben der Steckergehäuse ausführen. Die Minimierung automatischer Greiferwechsel spart Zeit und macht das System noch effizienter“, so Geyer.

Ralf Högel/as

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