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Mobile Robotik: Stäubli stellt autonom fahrendes System vor

Im vergangenen Jahr hat Stäubli erstmals seinen Ansatz für autonom fahrende Robotersysteme vorgestellt und das Konzept zunächst ausgiebig in der eigenen Fertigung erprobt. Nun ist 'HelMo' – so der Name der Lösung – 'erwachsen' geworden.

Autonom fahrendes Robotersystem von Stäubli Bildquelle: © Stäubli

HelMo verkörpert laut Gerald Vogt, Group Division Manager Robotics bei Stäubli, die nächste Stufe der Mensch-Roboter-Kollaboration, bei der sich die Roboter unter die Menschen mischen und mit ihnen zusammenarbeiten oder monotone Aufgaben alleine erledigen. Das System kann völlig autonom fahren und innerhalb seiner Produktionsumgebung navigieren, wobei es sein Umfeld permanent über drei integrierte Laserscanner überwacht. Für den mobilen Betrieb verfügt es über entsprechend großzügig ausgelegte Energiespeicher. Dabei verwendet Stäubli für das System einen Standard-Sechsachs-Roboter aus der neuen TX2-Baureihe mit möglichst geringen Modifikationen. Die TX2-Baureihe gibt es unter anderem in Reinraum- und Stericlean-Ausführungen, Feuchtraum- und Lebensmittelversionen und als TX2touch-Ausführung speziell für die direkte Mensch-Roboter-Kollaboration. Der TX2touch 90L etwa verfügt über maximal 15 kg Traglast und 1200 mm Reichweite.

Um den hohen sicherheitstechnischen Anforderungen zu genügen, ist der Sechsachser mit einem komplexen Safety-Paket ausgestattet. Augenscheinliches Merkmal ist die sogenannte Safety-Skin, eine berührungsempfindliche Oberfläche, die den Roboter wie eine Haut überzieht und bei direktem Kontakt mit dem Menschen für das sofortige Stoppen der Fahrt sorgt. Darüber hinaus ist die Maschine mit der neuen Robotersteuerung CS9 ausgestattet und verfügt über Safety-Features, die sich über spezielle Funktionen für jede Applikation speziell konfigurieren lassen. Ein integriertes Safetyboard überwacht dabei sämtliche Bewegungen des Roboters in Echtzeit. Jede Roboterachse weist einen eigenen digitalen Sicherheits-Encoder auf. Alle Sicherheitsfunktionen sind zertifiziert und erfüllen die Anforderungen der Sicherheitskategorie SIL3-/PLe. 

Robotersystem HelMo Bildquelle: © Stäubli

Das Robotersystem HelMo – hier im Einsatz bei der Montage von Steckern – kann entweder Aufgaben vollautomatisiert in High Speed bei höchster Präzision erledigen ...

Auf die Frage, warum Stäubli auf die Entwicklung eines speziellen Assistenzroboters verzichtete, antwortet Gerald Vogt: „Reine Assistenzroboter unterliegen deutlichen Einschränkungen hinsichtlich Traglast, Dynamik, Reichweite oder Präzision. Wir wollten jedoch unsere TX2-Standardroboter für die direkte Zusammenarbeit mit Menschen qualifizieren und gleichzeitig deren volles Leistungspotenzial für Arbeiten ohne MRK-Bezug erhalten. HelMo ist dabei modular aufgebaut: Ausgerüstet mit einem automatischen Werkzeugwechselsystem kann er die Performance eines Sechsachsers noch einmal steigern.“

Welche Einsatz-Szenarien mit einer solchen Lösung künftig möglich sind, hat Stäubli zunächst intensiv in der eigenen Fertigung ausgiebig erprobt. Hier kommt HelMo etwa bei der Montage von Elektrosteckern für Kupplungssysteme zum Einsatz. Betrachtet man den Ablauf, wie er bisher rein manuell durch den Werker erfolgte, wird schnell klar, warum die Belegschaft den Job gerne dem Roboter überlässt: Jede Menge Kontaktpins müssen präzise in den Stecker eingedrückt werden. Es sind immer die gleichen Handgriffe: Pin aufnehmen, präzise positionieren, eindrücken. Und das Pin für Pin, Stecker für Stecker, Stunde für Stunde. Dabei ist die Monotonie die eine Sache, die Zunahme der Fehlerquote bei fortschreitender Arbeitsdauer eine andere.

Robotersystem HelMo von der Seite Bildquelle: © Stäubli

... oder bei Bedarf dem Menschen kooperierend zur Seite stehen.

Mit dem Einsatz von HelMo hat sich dies grundlegend geändert. Bevor der Roboter seine Schicht beginnt, muss er sich zunächst auf seine Aufgaben vorbereiten. In der Praxis sieht das so aus: Der Roboter positioniert sich selbst auf den Zehntelmillimeter genau, indem er sich über drei auf dem Arbeitsplatz fest installierte Messpunkte einmisst. Im Anschluss greift er ein nicht bestücktes Steckergehäuse und legt es präzise in eine Vorrichtung ein. Danach holt er einen Kunststoffbehälter mit den Pins aus dem Regal, fährt einen FlexFeeder an und leert die Pins auf das Band, auf dem diese vereinzelt werden. Jetzt greift er nacheinander die Pins ab und montiert sie schnell und präzise in den Stecker. Ist der Montagevorgang abgeschlossen, legt er das komplett bestückte Steckergehäuse ab und startet einen neuen Montageprozess.

„HelMo arbeitet selbst unter solchen Bedingungen fehlerfrei. Er entlastet die Belegschaft von unliebsamen Arbeiten und gilt deshalb als überaus beliebter Kollege. Wir sehen in ihm tatsächlich weniger den Roboter, sondern mehr den Assistenten, der flexibel dort zur Stelle ist, wo  er gerade gebraucht wird“, betont Projektleiter Gerhard Geyer. Ist es heute die Steckermontage, könne  es morgen die Teilebestückung einer Laserbeschriftungsanlage oder eine sonstige Aufgabenstellung sein, für die das mobile Robotersystem zum Einsatz kommt. Grundsätzlich sieht Stäubli  des Weiteren bei der Automatisierung von Werkzeugmaschinen großes Anwendungspotenzial. Da das System autonom in realen Produktionsumgebungen navigieren kann, sei es auch in der Lage, mehrere Bearbeitungszentren zu bedienen oder diese zu verketten.