Abweichende Werkstücke oder Einzelbestellungen stellen gerade moderne Lackierstraßen und automatisierte Einheiten vor deutliche Herausforderungen: Entweder müssen die Lackierroboter aufwendig umprogrammiert werden oder es ist ein separater Prozess einzurichten, der dauerhaft eine Handlackierung parallel zum automatisierten Prozess ermöglicht. Einhergehen damit zusätzliche Kosten und erheblicher Platzbedarf. Damit nicht genug: Um einen flexiblen Einsatz der Lackieranlage ohne Stillstandzeiten zu gewährleisten, ist es notwendig, den Roboter kurzfristig für die Lackierung eines neuen Werkstückes einzurichten – was mit gängigen Programmiermethoden jedoch in jedem Fall nicht nur Zeit, sondern auch die nötige technische Expertise erfordert und zusätzliche Kosten verursacht.

Vor diesem Hintergrund hat Kawasaki Robotics mit dem ‚Successor‘ den Prototypen einer manuellen Fernsteuerung für Lackier- und weitere Industrieroboter entwickelt, die moderne Robotertechnologie mit menschlichem Gespür und Flexibilität kombiniert. Das bedeutet: Vor Ort ist kein Roboterexperte sondern lediglich ein handwerklich begabter Mitarbeiter für die Bearbeitung neuer Werkstücke erforderlich. Gleichzeitig entfällt der Programmieraufwand vollständig.

Mit der neuen Fernsteuerung lassen sich vollautomatische und von Menschen ferngesteuerte Prozesse frei kombinieren. Die Bedienung des Fernsteuerungsmoduls ‚Communicator‘ ist dabei vollständig intuitiv: Über das einer Lackierpistole nachempfundene Bedienteil steuert der Benutzer direkt die Bewegungen des Roboters sowie die Düsen der an den Roboter angebrachten Lackierglocke. Mit Blick durch Schutzglas oder Live-Monitor kann er das entsprechende Werkstück schnell und gleichmäßig lackieren – bei einer minimalen Reaktionszeit von vier Millisekunden. Der Successor ermöglicht somit die direkte Echtzeit-Aufnahme von Bewegung, Strecke, Zeit und Geschwindigkeit. Mit dem System lassen sich darüber hinaus komplette Lackierstraßen individuell steuern. Das bedeutet: Eine Fachkraft kann abwechselnd mehrere Roboter über nur einen Communicator bedienen. Und über die TCP/IP-Verbindung zwischen Successor und Roboter sind beliebig viele Roboter über eine einzelne Steuerung kontrollierbar.

Für die Werker bedeutet dieser neue Ansatz: Sie müssen sich nicht in Schutzkleidung in schwierige Arbeitsumgebungen begeben und die Arbeit ist gesundheitlich absolut unbedenklich. Durch die nahtlose Einbindung des Systems in die bestehende Infrastruktur ist nicht zuletzt der Wechsel zwischen vollständig automatischem Betrieb und manuellem Input flexibel innerhalb von Sekunden mit wenigen Schritten möglich. 

Nicht größer als ein Desktop-PC

Kern des AI-gestützten Systems: Das ‚Communicator‘-Modul.

© Kawasaki Robotics

Kern des Systems ist der Controller F60 von Kawasaki, über den die sechs Servomotoren des Bediengeräts angesteuert werden. Der kompakte Controller ist nicht größer als ein gängiger Desktop-PC und benötigt für den Betrieb des Systems lediglich eine 240-V-Stromversorgung. Ein zwischen Bedienteil und Controller zwischengeschalteter Laptop-PC mit digitaler Eingangskarte nimmt sämtliche eingegebenen Bewegungen auf und gibt diese an den Controller weiter. Für die Steuerung und Programmierung des Systems kommt ein (mehrsprachiges) Standard-Teach-Pendant für Industrieroboter zum Einsatz – künftig wird dies auch applikationsorientiert mit einem Tablet möglich sein.

Der Successor lässt sich ohne aufwendige Sicherheitstechnik in nahezu allen Arbeitsumgebungen und Roboterinstallationen nutzen: Das zum Einsatz kommende Sicherheitsmodul Cubic-S ermöglicht vorab eine individuelle Definition und genaue Begrenzung des verfügbaren Arbeitsraums. Der manuell gesteuerte Roboter kann die vorgegebenen Arbeitsbereichsgrenzen somit zu keinem Zeitpunkt überschreiten. So ist die Sicherheit der Mitarbeiter und Anlage zu jedem Zeitpunkt gewährleistet. Auch über die Fernsteuerung selbst lassen sich ergänzend zu Cubic-S individuelle Grenzbereiche mit externen Parametervorgaben setzen, etwa bei verschiedenen Werkstückgrößen.

Der Aufwand für die Implementierung der neuartigen Bedienlösung in Produktionsumgebungen ist gering: Lediglich die Bauteilgröße und der Arbeitsbereich müssen definiert werden – über die TCP/IP-Schnittstelle ist das System direkt mit vorhandenen Robotern kompatibel und einsatzbereit. Auf Basis von Layout- und CAD-Daten ist es auch möglich, das System entsprechend vorzubereiten und betriebsfertig auszuliefern.

Eine intuitive Bedienung war bei der Entwicklung des Systems nur ein wichtiger Punkt. Weitere entscheidende Vorgaben waren eine flexible Nutzung und die Möglichkeit, Prozess-Know-how effizient weitergeben zu können. 

KI optimiert manuelle Eingaben

So ist die Künstliche Intelligenz (engl. Artificial Intelligence – AI) des Systems in der Lage, die manuell eingegebenen Bewegungsabläufe zu erlernen, zu optimieren und selbstständig zu reproduzieren. Auch manuelle Eingaben mit Varianzen werden so optimal in automatisierte Abläufe konvertiert, indem unnötige Wege und Bewegungen aus dem Programm gerechnet werden. 

Ist etwa ein abweichendes Werkstück wiederkehrend zu lackieren, lässt sich die einmalig vorgenommene und gespeicherte „Programmierung von Hand“ bei Bedarf jederzeit laden und kann dann automatisch ablaufen. So ist auch eine sogenannte chaotische Produktion ohne weiteres möglich: Aus mehreren via Successor vorgenommenen Einzelprogrammierungen ist schnell und bedarfsgerecht eine individuelle Serienprogrammierung erstellbar. Das System ist darüber hinaus in der Lage, die eingegebenen Bewegungen über ein spezielles Feedback-System an andere Benutzer weiterzugeben. Indem die verbundenen Roboter direkt von erfahrenen Facharbeitern lernen, lassen sich die Abläufe nicht zuletzt unmittelbar den Nachwuchskräften und Anfängern vermitteln: Über haptische, visuelle und akustische Eindrücke können sie schnell die Bedienung des Systems und relevante Bewegungsabläufe erlernen.

Kollaborative Industrierobotik neu ­definieren

Die ersten Live-Präsentationen des Successor fanden auf der Robotermesse iRex im Dezember 2017 in Tokyo und auf der PaintExpo im April 2018 in Karlsruhe statt.

© Kawasaki Robotics

Der Successor zielt aber nicht ausschließlich darauf ab, die mit den vielfältigen und wechselnden Lackierprozessen verbundenen Zeit- und Kostenaufwände auf ein Minimum zu reduzieren: Durch die einfache Implementierung und intuitive Bedienung des Systems sind vielseitige weitere  Einsatz-Szenarien denkbar – etwa bei Schweißprozessen oder auch für Montage- oder Handlingsaufgaben. Hier kommt die KI des Systems ebenfalls gezielt zum Einsatz, indem etwa die Wege optimiert und die Belastung von Bauteilen minimiert werden können. Langfristig will Kawasaki Robotics eine leicht und vielseitig nutzbare Lösung anbieten, die den kollaborativen Einsatz von Industrierobotern neu definiert beziehungsweise in Bereichen erlaubt, in denen dies bisher kaum oder nur mit großem Aufwand möglich war.

Der Prototyp des Successor wurde vom Kawasaki-Engineerring-Team in Kobe (Japan) entworfen und konstruiert sowie seit 2018 auch im europäischen Demozentrum in Neuss weiterentwickelt. Konzipiert wurde das System insbe­sondere mit Blick auf kleine und mittelständische Unternehmen, in denen sowohl die robotergestützte Automati­sierung von Prozessen ein zentraler ­Wettbewerbsfaktor ist, aber auch Einzelbestellungen effizient und flexibel ab­gedeckt werden müssen – und dies wenn möglich auf nur einer Fertigungsanlage.

Last but not least soll künftig auch ein mobiler Einsatz außerhalb von klassischen Produktionsanlagen möglich sein – etwa im Tiefbau, bei Transporten oder Kraftwerksanlagen. Die ursprüngliche Idee der Automatisierung wird so mit dem neueren Konzept der chaotischen Produktion und der individuellen Kleinserienproduktion kombiniert.

Autor:
Carsten Stumpf ist seit 2014 General Manager Sales and Marketing bei Kawasaki Robotics.