Mobiler Bestückungs-Roboter ist so flexibel wie ein menschlicher Werker

Ein Roboter, der so flexibel wie ein menschlicher Werker immer dort eingesetzt werden kann, wo der Arbeitsdruck am größten ist, ohne daß die gesamte Montageanlage umgebaut werden muss: Dieser Anforderung wird der erste industrietaugliche mobile Roboter gerecht, der vom Anlagenbauer Henkel + Roth gemeinsam mit dem Roboterexperten Neobotix entwickelt wurde.

Anders als festinstallierte Portal- oder Standsysteme kommt der mobile Roboter ohne aufwändige Peripherie, Infrastruktur und Zusatzinstallationen aus und verbindet flexible Einsatzmöglichkeiten mit einem höheren Aktionsradius, geringeren Kosten und einer schnellen Amortisierung der Investition. Vor allem in One-Piece-Flow-Montageanlagen im heute vorherrschenden U-förmigen Layout kann der selbstfahrende Roboter seine Stärken ausspielen.

Schnelles Umgreifen und Ablegen während der Fahrt

Die Idee eines mobilen Verkettungssystems für Maschinenbestückung und Teiletransport beschäftigt die Ingenieure schon seit einem Vierteljahrhundert. Der jetzt serienreife mobile Roboter basiert auf dem sechsachsigen Kuka-Roboter KR 16 KS, der einen Aktionsradius von 1,8 m hat und Werkstücke bis zu 10 kg handhaben kann. Die groß bemessene Ablageplattform erlaubt ein schnelles Umgreifen und Ablegen während der Fahrt.

Die Plattform hat einen Differenzialantrieb mit auf jeder Seite einem angetriebenen Rad und je zwei Stützräder vorn und hinten. Sie kann auf dem Boden in alle Richtungen verfahren und auf der Stelle drehen. Dabei erreicht sie eine Verfahrgeschwindigkeit bis zu 0,7 m/s.

Roboter meistert 8-Stunden-Schicht ohne Boxenstopp

Mit einem Akkusatz kann der Roboter eine komplette 8-Stunden-Schicht ohne Boxenstopp meistern. Ein Kamera-Erkennungssystem stellt sicher, daß der Roboter nach dynamischer Anfahrt zur Maschine seine Position selbsttätig korrigiert. Die Positionierfehler bei der Werkstückübergabe liegen so im Bereich von Zehntelmillimetern und damit nicht schlechter als bei den menschlichen Kollegen.

Die Verknüpfung maximaler Flexibilität bei Umrüstung, Einsatz- und Arbeitsraum ist der hervorstechende Vorteil des mobilen Roboters. Er kann wie ein menschlicher Werker je nach Bedarf kurzfristig an bestehenden Produktionslinien eingesetzt oder auf andere Stationen versetzt werden, um Auftragsspitzen flexibel abzuarbeiten. Das reduziert nicht nur die Anschaffungskosten, weil aufwändige Zusatzinstallationen entfallen und vorhandene Anlagen nicht umgebaut werden müssen, sondern gewährleistet auch die schnellere Amortisierung der Investition, weil der Einsatz des Roboters nicht auf einen spezifischen Anschaffungszweck reduziert ist.

An der „Hand“ zum neuen Arbeistplatz geführt

Wenn man den Roboter in eine andere Halle umsetzen will, benötigt man weder einen Kran noch Schwertransporter, man nimmt ihn buchstäblich an die Hand und führt ihn an seinen neuen Arbeitsplatz. Auch die nachträgliche Erweiterung oder Modifikation einer Montagelinie verursacht mit dem mobilen Roboter, anders als beim Einsatz von festmontierten Portal- oder Standsystemen, kein größeres Kopfzerbrechen – der Roboter wird einfach für die zusätzliche Aufgabe programmiert.

Ein kameragestütztes Sicherheitssystem, das den Roboter sofort bremst, wenn er einen geschützten Bereich befährt, schließt Kollisionen mit Mensch oder Maschine aus. Dazu hat die Plattform zwei Sicherheitslaserscanner an gegenüberliegenden Eckpositionen, über denen sich zusätzlich Ultraschallsensoren zur Kollisionsabsicherung befinden. Über die Laserscanner wird die komplette Umgebung des mobilen Roboters überwacht. Dabei sind verschiedene Sicherheitsabstände definierbar. Falls ein Sicherheitsbereich durch eine Person verletzt wird, weicht der Roboter aus oder stoppt.

Zur Raumerkennung wird dem mobilen Roboter die Umgebung eingelernt. Dies kann grafisch am Leitrechner erfolgen (Layout zeichnen) oder durch Herumfahren der Plattform (wobei die Laserscanner die Umgebung kartieren). Die Laserscanner werden dann zur sogenannten landmarkenbasierten Navigation eingesetzt. Es werden ortstypische Merkmale wie Maschinenkanten im Raum detektiert, ausgemessen und mit den Merkmalen in der zuvor erstellten Umgebungskarte verglichen. Somit kann der mobile Roboter seine Position im Raum bestimmen. Zur zusätzlichen Sicherheit werden die Odometriedaten der Räder (Radumdrehungen) gemessen und somit der zurückgelegte Weg ermittelt.

Die Leistung von Mensch und Roboter ist vergleichbar

Für die direkte Zusammenarbeit mit menschlichen Werkern besteht also kein grundsätzliches Hindernis. Die sichere Übergabe von Werkstücken an einer mit Schutzgitter versehenen Schnittstelle mit Drehteller oder Transportband ist heute bereits möglich. Zukünftig werden auch direktere Formen der Interaktion möglich sein. Betrachtet man die Arbeitsleistung über den Schichtdurchschnitt hinweg, ist die Leistung von Mensch und Roboter schon heute vergleichbar. Bei einer Taktdauer von einer Minute aufwärts kann der Roboter bei Mehrmaschinenbedienung die Taktzeiten sogar besser ausnutzen als der menschliche Werker.

Bei anspruchsvolleren Handhabungsaufgaben ist allerdings die menschliche Hand dem Robotergreifer nach wie vor überlegen. Vom flexiblen Einsatz mobiler Roboter verspricht sich Henkel + Roth neuen Schwung für die Automatisierung in der Montage. Der mobile Roboter-Kollege kann nicht nur menschliche Werker von monotonen Tätigkeiten entlasten, sondern auch dazu beitragen, Arbeitsplätze am Standort Deutschland zu sichern.

Dr.-Ing. Udo Henkel und Dipl.-Ing. Matthias Roth sind Geschäftsführer der Henkel + Roth GmbH, 98693 Ilmenau.