Selbstlernender Roboter mit sensorischem Tastsinn

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Sensoren ermöglichen eigenständiges Anpassen des Roboters

Auf dieser Basis lassen sich mit Robotern komplexe Aufgaben automatisieren, für die vorher qualifiziertes Personal erforderlich war oder die aufwendige, meist nur für spezifische Applikationen ausgelegte Sondermaschinen benötigten. Dabei besteht ein grundlegender Unterschied zur konventionellen Programmierung von Robotern. Normalerweise arbeiten Roboter positionsgesteuert und folgen einer definierten Bahn mit konstanter Geschwindigkeit. Damit lässt sich ein eigenständiges Anpassen an etwaige Formänderungen nicht realisieren.

Bei Force Control hingegen reagiert der Roboter dank der Daten des Kraft-und-Drehmomentsensors unmittelbar auf Abweichungen von der Sollgeometrie des Werkstücks. Dieses Anpassen der Bewegungen erfolgt auf Basis vordefinierter Parameter. Eine Beispielapplikation ist nachfolgend beschrieben.

Mit Force Control lassen sich Roboter für die Bauteilmontage so programmieren, dass sie die Bewegungen eines menschlichen Arms nachahmen können. Interessant ist das bei Applikationen wie dem präzisen Einbau von Komponenten ohne Zuhilfenahme aufwendiger und teurer Vorrichtungen: zum Beispiel das Einführen einer Nockenwelle in einen Motorblock durch dessen Lagerbuchse. Deren Position und Innendurchmesser liegen dem Roboter als Parameter vor. Ebenso kennt er seinen TCP (Tool Center Point). Zum Einsetzen ertastet er jeweils die Abstände jeder Nocke zur Lagerbuchse, zentriert die Welle adaptiv und schiebt sie schrittweise in den Motorblock bis in die vorgesehene Position. Nach dem gleichen Prinzip lassen sich auch Zylinderkolben unter Einhalten sehr enger Toleranzen von nur wenigen Hundertstelmillimetern in Zylinderblöcke einbauen. Force Control reduziert damit ganz erheblich das Risiko von Montagefehlern.

Mit konstantem Anpressdruck der realen Werkzeugkontur folgen

Beim Schleifen, Entgraten oder Sägen nutzt Force Control je nach Aufgabenstellung zwei Funktionen: FC Pressure oder FC Speed Change. Mit FC Pressure übt der Roboter adaptiv einen definierten, konstanten Anpressdruck aus und folgt so statt einer festgelegten Bahn der realen Werkstückkontur. Diese Fahrweise ist prädestiniert für Schleif- und Polierarbeiten. Beim Entgraten wiederum spielt FC Speed Change die Hauptrolle. Hier muss der Roboter adaptiv auf Dickenänderungen der Grate reagieren und bei erhöhtem Widerstand die Bahngeschwindigkeit entsprechend reduzieren. Beide Funktionen reduzieren bei anspruchsvollen Bearbeitungen die Programmier- und Zykluszeiten. Vor allem aber helfen sie, Schäden an Bauteilen und Werkzeugen zu vermeiden.

Ein weiteres Feld für FC-Anwendungen bieten Bauteil- und Materialprüfungen. Ein mit Force Control ausgestatteter Roboter kann repetitive Aufgaben mit exakt vorgegebenen Kräften und Bewegungsmustern im Rahmen von Langzeittests ausführen und die Messwerte protokollieren. So testen beispielsweise führende Zulieferer der Automobilindustrie das Ermüdungsverhalten von Autositzen, Schließmechanismen für Handschuhfächer von Fahrzeugkonsolen oder Schalthebel für die Licht- und Richtungsanzeige.

Robotergestützte Automation entwickelt sich immer mehr zu einem der wichtigsten Wertschöpfungsfaktoren in der Industrie und zunehmend auch dem Handwerk. Für eine erfolgreiche Automation kommt es auf das perfekte Zusammenspiel von Robotern mit der sie unterstützenden Peripherie an. Dazu zählen vor allem die von ihnen geführten Greifer oder Werkzeuge, die Sensorik, ausgereifte Anwendungssoftware, intelligente Steuerungen und nutzerfreundliche Programmier- beziehungsweise Konfiguriermöglichkeiten. Hinzu kommt die Synchronisation mit vor- und nachgelagerten Prozessen. Kurz: Das komplette System ist entscheidend. MM

* Uwe Seip ist Vertriebsingenieur bei der ABB Automation GmbH in 61169 Friedberg, Tel. (0 60 31) 8 54 84; Dipl.-Ing. Hans P. Fritsche arbeitet als Redakteur für das Redaktionsbüro Gerd Trommer RGT in 64579 Gernsheim, Tel. (0 62 58) 93 20 30, presse@rgt-gg.de

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