Handhabung Das macht den Roboter feinfühlig

Von Stefanie Michel

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Noch immer gibt es Montageprozesse, die sich nur mit hohem finanziellen Aufwand automatisieren lassen. Bisher hat man dann oft davon abgesehen. Mit dem Smart Flex Effector, einem an den Roboterarm montierbaren Ausgleichsmodul, sieht das anders aus.

Das Platzieren von Leiterplatten benötigt „Fingerspitzengefühl“, um die Lötstifte nicht zu verbiegen. Jetzt lassen sich auch solche Aufgaben wirtschaftlich automatisieren.
Das Platzieren von Leiterplatten benötigt „Fingerspitzengefühl“, um die Lötstifte nicht zu verbiegen. Jetzt lassen sich auch solche Aufgaben wirtschaftlich automatisieren.
(Bild: Stefanie Michel )
  • Mit dem Smart Flex Effector hat Bosch Rexroth ein sensorgestütztes Kompensationsmodul für Roboter entwickelt. Damit sollen auch hochkomplexe Prozesse wirtschaftlich automatisierbar werden.
  • Die Idee war, den menschlichen Tastsinn und das Handgelenk zu imitieren. Das setzt die in sechs Freiheitsgraden arbeitende Kinematik in Kombination mit Koordinatenmessung und Motor um.
  • Das System lässt sich nachrüsten, ist flexibel für unterschiedliche Aufgaben einsetzbar und amortisiert sich laut Hersteller schnell.

Gerade die Pandemie hat der Automatisierung nochmals einen Schub gegeben: Wie praktisch ist es auch, wenn entweder alle Prozesse komplett autark ablaufen oder Mitarbeiter ihre Tätigkeit ohne Kontakt zu Kollegen ausführen können. Doch es gibt bis heute Montageprozesse, die sich nicht automatisieren lassen. Das sind Fälle, bei denen ein hoher technischer Aufwand nötig wäre, was aber die Kosten steigen lässt. Dann müssen Verantwortliche sich die Frage stellen: Wann ist meine Automatisierung noch rentabel und wann setze ich doch auf Handarbeit? Hört man auf Bosch Rexroth, soll das nun der Vergangenheit angehören. Mit dem neuen Smart Flex Effector sollen jetzt auch hochkomplexe Montageprozesse mit vertretbarem finanziellen Aufwand automatisierbar sein.

Der Smart Flex Effector ist kein herkömmlicher Endeffektor für Robotikanwendungen. Vielmehr ist er ein sensorgestütztes Kompensationsmodul, das Robotern und kartesischen Linearsystemen ein menschenähnliches Feingefühl verleihen soll. Der Robotergreifer, der an den Effektor angebracht wird, kann sich mit diesem Tool also an Positionen „herantasten“ und Bauteile so individuell wie ein Mensch annehmen.

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Nachrüstbares Bauteil verändert Tastsinn

Wie das funktioniert? Die Lösung steckt im Aufbau des Smart Flex Effectors, denn diese kompakte Komponente vereint

  • einen Motor für das aktive Zurückstellen in die Nullposition und zum Verriegeln,
  • ein 3D-Koordinatenmesssystem für die Messung der Position,
  • einen Microcontroller zur Prozessüberwachung sowie
  • eine Kompensationseinheit (Feder) mit sechs unabhängigen Freiheitsgraden zum Entkoppeln von Greifer und Roboter.

Der Smart Flex Effector arbeitet elektromechanisch und kann überall nachgerüstet werden. Es genügt, lediglich ein Kabel anzuschließen, das für die Datenübertragung und die Stromzufuhr verantwortlich ist. Über die in sechs Freiheitsgraden arbeitende Kinematik erfasst das System dann mögliche Positionsabweichungen zum Werkstück präzise und übermittelt diese zum aktiven Ausgleichen an die Robotersteuerung. Das Modul kann für schnelle Transferfahrten aktiv in die Nullposition gebracht und elektromechanisch verriegelt werden. Das erhöht die Produktivität.

Auf diese Weise erweitert Bosch Rexroth mit dem Smart Flex Effector das Feld der Fabrikautomation, denn damit lassen sich nun durch einfaches Nachrüsten auch schwer beherrschbare Prozesse automatisieren, optimieren und überwachen. Das Unternehmen will Maschinenherstellern und -nutzern eine Vielzahl an neuen Anwendungen eröffnen, die sich mit bisherigen Mitteln wie passiven Ausgleichseinheiten, Kraft-Drehmoment-Sensoren oder visuellen Systemen nur teilweise oder gar nicht realisieren lassen. Das Spektrum reicht von der Prozessautomatisierung über die Qualitätsüberwachung bis zum Teaching und kontrollierten Handling von Objekten. Der Smart Flex Effector ist für Handhabungslasten bis 6 Kilogramm ausgelegt.

Das bisher Unmögliche möglich machen

En typischer Anwendungsfall für einen bisher nicht automatisierten Montageprozess wurde in einem Bosch-Werk umgesetzt: Ein mit dem Smart Flex Effector ausgestatteter Roboter setzt dort Glasplatten so sensibel in einen Kühlschrank ein, dass die Böden nicht verkanten oder brechen. In einem weiteren Projekt werden Leiterplatten in Motorsteuergeräte positioniert, ohne die empfindlichen Lötstifte zu verbiegen. Dieser vermeintlich einfache Montagevorgang ist in der Umsetzung sehr komplex, weil er sich nicht eindeutig wiederkehrend programmieren lässt. Dadurch dass über den Smart Flex Effector die Positionen selbst referenziert und die Korrekturdaten übermittelt werden, gelingt es dem Roboter jedoch, die Platinen so feinfühlig wie eine menschliche Hand einzusetzen.

Der Smart Flex Effector vereinfacht auch weitere Prozesse in der Produktion. Typische Anwendungsfälle sind beispielsweise Fügeprozesse mit Kleinsttoleranzen, komplexe Montagen oder schwierige Handling-Aufgaben. Aufgrund der differenzierten Kinematik ist das Modul in der Lage, Abläufe mit hoher Komplexität und engen Toleranzen zu korrigieren, beispielsweise bei Lageabweichungen zwischen Werkzeug und Werkstück. Solche Lageabweichungen werden auch während des Antastens erkannt und mithilfe der Sensorik wird die genaue Position des Objektes bestimmt. So nimmt der Roboter Montage- oder Handling-Objekte präzise auf, positioniert sie und legt sie zielsicher ab oder sortiert sie ein. Selbst Bauteile aus Glas oder anderen sensiblen Materialien lassen sich nun sicher handhaben.

Vereinfacht Teaching und Inbetriebnahme

Fehler und Ausschuss werden so minimiert und auch das Teaching sowie die Inbetriebnahme gelingen einfacher und schneller. Gerade bei Teaching-Vorgängen liest die jeweilige Robotersteuerung die exakten Koordinaten von Abgriff- und Ablagepunkten durch die 6D-Positionserfassung direkt aus. Somit lässt sich ein wiederholtes Anlernen im Betrieb automatisieren. Darüber hinaus lassen sich Roboter auch manuell teachen, indem sie einfach von Hand in Position gebracht werden.

Für den Datenaustausch bietet der Smart Flex Effector eine RS-485- sowie eine I/O-Schnittstelle. Die Installation ist einfach: Für eine passive Ausgleichsfunktion wird das Modul lediglich mit dem Roboterflansch und dem Greifer verschraubt.

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Angesichts der zahlreichen Eigenschaften und Einsatzbereiche wird deutlich, warum das neue Kompensationsmodul kein herkömmlicher Endeffektor ist. Michael Danzberger, Product Owner Smart End Effectors, geht sogar noch weiter: „Der Smart Flex Effector ist nicht nur ein neues Produkt, sondern eine komplett neue Technologie, die wir bereitstellen.“ Für seine nahtlose Integration in Lösungspakete strebt Bosch Rexroth Partnerschaften in der Robotik und zugehörigen Peripheriegeräten an. Seit Ende April ist das Modul erhältlich und das Interesse bei Roboterherstellern ist vorhanden.

Laut Danzberger ermöglicht der Smart Flex Effector ein neues Automatisierungslevel: „Mit ihm können Fertigungsunternehmen deutlich mehr Prozesse wirtschaftlich abbilden, ohne auf teure Hochtechnologie zurückgreifen zu müssen.“ Ein weiterer Vorteil: Die Mehrkosten für das Modul amortisieren sich schnell, weil es auch flexibel für unterschiedliche Aufgaben eingesetzt werden kann.

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