Robotertechnik (Titel B)

Roboter, der beste Freund des Menschen

Vermehrt zeichnet sich der Trend nach kleinen und flexiblen Automatisierungslösungen ab, die sich dem Wandel von Produktlinien ohne großen Aufwand anpassen können. Deshalb kommen immer häufiger kleine Automatisierungszellen mit integriertem Roboter zum Einsatz – als flexible Alternative zu Automaten. Diese Roboter sind zunehmend im Arbeitsbereich von Menschen tätig, arbeiten mit ihm Hand in Hand oder übernehmen Assistenzfunktionen. Daher muss die von ihnen ausgehende Gefahr für den Menschen klein gehalten werden. Zudem sollten sich diese Roboter flexibel programmieren lassen.

Die Zürcher Neuronics AG entwickelte einen Knickarmroboter, der genau diesen Bedürfnissen Rechnung trägt. Im Labor für künstliche Intelligenz der Universität Zürich (AI Lab) wurde vor acht Jahren der Grundstein für ein Produkt gelegt, das sich bereits mehrfach in der Industrie bewährte: Katana, der leichteste industriell einsetzbare Knickarmroboter. Dabei handelt es sich um einen einfach zu programmierenden Roboterarm mit drei bis vier Kilogramm Eigenmasse, bei dem sämtliche Elektronik im Gehäuse integriert ist. Dieser Knickarmroboter stellt eine komplette Automatisierungslösung dar, die auf kleinstem Raum realisiert werden kann. Dank seiner geringen Masse und der einfachen Programmierbarkeit lässt er sich problemlos an einen anderen Arbeitsplatz verschieben und auf ein anderes Programm umschalten.

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Trotz seiner geringen Eigenmasse kann er Objekte bis zu 500 Gramm manipulieren. Aufgabenspezifisch lassen sich die Greifer variieren und mit maximal 16 Sensoren ausrüsten. Die Auswertung ihrer Signale erfolgt über einen eigenen Mikrocontroller direkt in der Greiferhand. Die Kombination von ,,intelligenten" Algorithmen mit Datenbanksystemen ermöglicht die einfache Programmierung und Bedienerfreundlichkeit der Steuerungssoftware. Dank Objekterkennung und Interaktion mit der Umwelt kann man langwierige Programmierprozesse umgehen.

Der Roboter hat vier bis sechs Freiheitsgrade. Sein Antrieb erfolgt durch elektrische Kleinmotoren mit integrierten Digitalencodern. Dank niedriger Kräfte ist er ungefährlich und kann deshalb direkt mit Menschen zusammenarbeiten. Abschrankungen und sonstige bauliche Veränderungen lassen sich somit vermeiden.

Der schnelle Technologiewandel der heutigen Zeit und die rasche Substitution einzelner Produkte lassen kaum noch Investitionen zu, die sich erst über einen längeren Zeitraum amortisieren. Der Knickarmroboter Katana hat eine Amortisationszeit von weniger als einem Jahr – bei gleichzeitiger Produktivitätserhöhung.

Script-Programmieren mit Script-Sprache und Teaching

Die für Industrieanwendungen konzipierte Software Katana4D sorgt für die einfache Bedienung. Zudem eröffnet sie dem Anwender die Möglichkeit, Programme in einer Script-Sprache und per Teaching auf einfache Weise zu erstellen. Zur Programmierung von Eckdaten kann der Roboterarm auch von Hand an die gewünschten Stellen geführt werden. Die Software in deutscher und englischer Sprache beinhaltet eine Datenbank, direkte Sensorauswertungen sowie optional eine Server/Client-Architektur und einen Webserver.

Der Roboterarm Katana ist heute in verschiedenen Industriebetrieben und mobilen Anwendungen im Einsatz, wie folgende Beispiele verdeutlichen:

Die Keller Druckmesstechnik AG im schweizerischen Winterthur verwendet Katana für das Handling von Drucksensoren bei einer Schweißanlage. Sechs unterschiedliche Sensoren müssen nach dem Schweißvorgang der Maschine entnommen und in ein Raster eingefügt werden. Mittels Sensorik und verschiedenen Programmen kann der Roboter die unterschiedlichen Objekte mit ein und demselben Greifer manipulieren. Für diese Aufgabe sind bereits zwei Katana-Roboter im Einsatz. Sie arbeiten in unmittelbarer Nähe von Menschen.

In der Kernfusionsanlage Enea bei Rom wird Katana für Reparaturarbeiten im Magnetring angewendet. Dank seinen geringen Abmessungen kann er durch eine schmale Öffnung (80 mal 400 Zentimeter) ins Innere zu gelangen und dort in unzugänglichem Raum Arbeiten verrichten. Dazu wird er an das vordere Ende eines Lenkarmes montiert und per PC gesteuert.

Auf der mobilen Roboterplattform Labo-3 der kanadischen Firma Applied AI Systems wird Katana von IESK Kognitive Systeme, Magdeburg, im Bereich sprachlicher Roboter-Kommunikation eingesetzt.

Revast, ein Tokioter Händler von mobilen Robotern, verkaufte bereits neun Roboter. Die vier Katanas, die im März 2003 ausgeliefert wurden, gingen an einen Endkunden in Japan, der zwei Humanoid-Roboter baut und die Knickarmroboter als Arme für diese Prototypen verwendet.

Seit 2002 besteht zwischen Neuronics und der Firma Schunk, Lauffen/Neckar, einem führenden europäischen Hersteller von Robotergreifern, eine Partnerschaft. Die gemeinsamen Projekte umfassen in erster Linie die Greifersensorik und die adaptive Signalauswertung. Weitere Partnerschaften mit Vertriebsfirmen aus der Labor- und Medizinbranche sowie der Kunststoffverarbeitung wurden Ende 2002 und Anfang 2003 geschlossen.  Hansruedi Früh, Katrin Baumberger

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