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Ausgabe 12/2013, 06.12.2013

Wie Robotersysteme an Flexibilität gewinnen

Das Fraunhofer IPA stellte auf der Motek ein hochflexibles und damit gerade für KMU wirtschaftliches Robotersystem vor. Seine gesteigerte Flexibilität beruht darauf, dass teure teilespezifische Vorrichtungen durch Sensoren ersetzt werden. Der verantwortliche Kopf hinter der Entwicklung erläutert die Idee. In der nachfolgenden TR-Kurzumfrage (ab Seite 16) benennen Experten aus der Schweiz die Bedeutung solcher Konzepte und der relevanten Trends.

Aufgrund des steigenden Kostendrucks in der Produktion, kurzer Produktlebenszyklen und einer hohen Vielfalt an Produktvarianten rücken flexible und kosteneffiziente Montagesysteme, die sich nach Bedarf schnell anpassen lassen, immer stärker in den Fokus.
Mit Blick auf diesen Anforderungskatalog haben Wissenschaftler des Fraunhofer IPA einen sensorgeführten Montageprozess entwickelt, der es ermöglicht, Werkstücke flexibel zu positionieren. Die normalerweise teuer einzeln hergestellten Vorrichtungen werden dabei durch Sensorik ersetzt, darüber hinaus sorgen mittels Rapid-Prototyping schnell und kostengünstig hergestellte Werkzeuge für eine schnelle Anpassung an werkstückspezifische Geometrien. Das Konzept bietet so hohe Flexibilität zu relativ niedrigen Kosten.
Auf dem Messestand des Fraunhofer IPA wurde die sensorgeführte Montage in einer Roboterzelle mit dem Leichtbauroboter Kuka LBR iiwa vorgeführt. Martin Naumann, Gruppenleiter in der Abteilung Roboter und Assistenzsysteme am Fraunhofer IPA, erklärte zum Exponat: «Die Zelle zeigt beispielhaft das Aufschrauben einer Kupplung auf die Kurbelwelle einer Motorsäge. Die zugrunde liegenden Konzepte können aber auch auf viele andere Produkte und Montageprozesse übertragen werden. Die zu montierenden Kupplungen werden ohne gesonderte Vorrichtung im Arbeitsbereich des Roboters bereitgelegt. Dabei lokalisiert der Roboter die Kupplungen grob mithilfe einer über dem Roboter montierten Kinect-Kamera. Dann fährt die ermittelte Position an und lokalisiert die exakte Position der Kupplung schliesslich anhand einer in das Roboterwerkzeug integrierten Stereokamera. Die Lokalisierung der Montageposition der Kupplung auf der Kurbelwelle geschieht in gleicher Weise, sodass auch der Motorblock flexibel im Arbeitsraum positioniert werden kann. Das Auffädeln und Aufdrehen der Kupplung auf die Kurbelwelle erfolgt kraftgeregelt. So ist es möglich, Fehlersituationen während es Aufdrehens, etwa ein Verkanten, sofort zu erkennen und zu beheben.»
«Mit diesem Exponat wollen wir zeigen», ergänzt Naumann, «dass sensorgeführte Roboter mit den derzeitigen Bedingungen an manuellen Montagearbeitsplätzen, wie beispielsweise bei ungenau positionierten Teilen, zurechtkommen können.»
Die Lösung zielt auf mittelständische Unternehmen, die zunehmenden Bedarf an flexibler Produktion aufweisen, um auch bei Aufträgen mit kleinen Losgrössen rentabel produzieren zu können.
- Markus Schmid



Der Kuka LBR iiwa montiert sensorgesteuert die
Kupplung einer Motorsäge. (Bild: Fraunhofer IPA)