Vier Millionen Industrieroboter werden bis 2022 laut dem Welt-Roboter-Report 2019 der International Federation of Robotics (IFR) im Einsatz sein. Deutschland ist demzufolge nach China und Japan das Land, das aktuell am meisten Roboter kauft. Auf 10.000 Be­schäftigte kommen 338 Industrieroboter, der Verkauf wurde im letzten Jahr nochmal um 27 % gesteigert. Die Automobilindustrie zählt zu den Branchen, die bereits am weitesten automatisiert sind. Aber auch für andere produzierende Branchen – insbesondere für den Mittelstand – werden Industrieroboter zunehmend interessant. Schließlich verbessert sich das Angebot stetig und die Roboter werden kleiner, flexibler und einfacher zu programmieren.

Insbesondere letzterer Punkt ist wichtig: Denn neben dem Preis spricht häufig der angenommene Aufwand für die Pro­grammierung gegen die Anschaffung eines Industrieroboters. Da dieses Know-how meist nicht Inhouse vorhanden ist, muss auf externe Partner zurückgegriffen wer­den. Kann dieses Argument jedoch entkräftet werden, spricht bei vielen kleinen und mittelständischen Unterneh­men nahezu nichts mehr gegen den Einsatz von Robotern. Ein Beispiel für vereinfachte Programmierung ist die Software ‚drag&bot‘. 

Die Erstellung von Roboterprogrammen läuft momentan nach verschiedenen Verfahren ab – abhängig von Hersteller, geplantem Einsatz und der benötigten Flexibilität des Industrieroboters. Bekannte Verfahren sind unter anderem das Teachen mit einem Teachpendant, das Handführen bei kollaborativen Robotern oder die Programmerstellung in einer CAD-basier­ten Simulationsumgebung. Insbesondere die letztere Variante ist sehr aufwendig und setzt fundierte Kenntnisse in der Programmiersprache des Roboterher­stellers voraus. Ergo sind die Pro­grammierung und Funktionserwei­terungen zeit- und kostenintensiv, was den flexiblen Einsatz von Robotern verhindert.

So einfach wie die Einrichtung eines Smartphones

An dieser Stelle kommt die Firma drag and bot mit ihrer gleichnamigen Software ins Spiel. Das Unternehmen ist ein Spin-off des Fraunhofer IPA in Stuttgart, das sich zum Ziel gesetzt hat, Produktionsmitarbeiter ohne Robotik-Know-how in die Lage zu versetzen, Industrieroboter per Drag&Drop zu programmieren. Damit auch ungeschultes Personal schnell und intuitiv neue Funktionsabläufe erstellen kann, wird es von verschiedenen Bedien- und Eingabe­hilfen, sogenannten Wizards, unterstützt.

Damit ist die einfache Parametrisierung der Programmsequenzen möglich. Die Programmbausteine, sogenannte Funktions­blöcke, werden anschließend zu ausführbaren Applikationen zusammengeführt. So können Roboterprogramme fünfmal schneller als mit textbasierter Program­mierung erstellt werden. Bereits erstellte Programme lassen sich einfach aus der Cloud laden, Roboter sind damit innerhalb von Minuten umprogrammierbar. So wird der Einsatz von Robotern auch bei geringen Stückzahlen, schwankender Auftragslage und hoher Variantenvielfalt rentabel.

Die Programmbausteine sind unabhängig vom Roboterhersteller und sonstiger Hardware. Die Software drag&bot unterstützt bereits ABB, Denso, Epson, Fanuc, Kuka, Mecademic, Stäubli, Yaskawa und Universal Robots sowie diverse Greifer, Schraubwerkzeuge, sonstige über I/Os ansteuerbare Werkzeuge und verschiedene Kameras sowie Bildverarbeitungsbibliotheken. Die Integration weiterer Werkzeuge und Peripheriegeräte geht kontinuierlich weiter. Der modulare Aufbau der Software erleichtert diese Integrationsprozesse.

Pro Roboter ist je ein handelsüblicher, leistungsfähiger Industrie-PC notwendig, auf dem die Software ausgeführt wird. An dem PC, der in der Roboterzelle verbaut wird, wird die relevante Hardware per Ethernet-Kabel oder USB angeschlossen. Hardware mit I/O Interface kann über ein I/O-Modul, die Schnittstellen des Roboter-Controllers oder über eine SPS eingebunden werden.

Roboter in der Automobilindustrie

Die Robotiksoftware drag&bot ermöglicht flexible Produktionsplanung für die Industrie.

© drag and bot

Industrieroboter werden nach wie vor hauptsächlich in der Automobilindustrie in der Großserienfertigung eingesetzt und übernehmen über mehrere Jahre hinweg dieselben Aufgaben, ohne dass es Änderungen der Abläufe bedarf. Aufgrund des Fachkräftemangels und auch der aktuellen Pandemie steigt der Bedarf nach der Automatisierung von Prozessen, die bisher aufgrund ihrer Flexibilitätsanfor­derungen manuell durchgeführt wurden, wie beispielsweise die Montage von Baugruppen. 

Der Automobilzulieferer Denso hat mit Hilfe von drag&bot eine bisher manuell durchgeführte Vormontage automatisiert. Da hier verschiedene Abläufe notwendig sind, ist es wichtig, dass die Roboter im Arbeitsraum mit den Mitarbeitern kollaborieren. Hierfür wurde einer der genutzten Denso-Roboter mit einer ‚Air-skin‘ ausgestattet, einer drucksensitiven Sicherheitshülle für Industrieroboter und Greifer von Blue Danube Robotics. Mit der grafischen Programmieroberfläche der Software lassen sich die Roboter von den Instandhaltern vor Ort selbst (um-)programmieren. Dank sogenannter ‚Guides‘ wird der Nutzer Schritt für Schritt durch typische Anwendungen wie Verschrauben, Palettieren von Teilen oder die Kamera-Kalibrierung geführt.

Mithilfe von Erweiterungs-Modulen sind darüber hinaus sensitive Funktionen zur Anpassung des Verhaltens realisierbar, sollte es zu unvorhergesehenen Situationen im Produktionsprozess kommen oder sollten komplexere Roboterbewegungen beispielsweise für die Montage erforderlich sein. Mit dem 2D-Vision-Modul etwa können 2D-Kameras zur Bildverarbeitung genutzt werden, um die genaue Position eines Bauteils im Arbeitsraum zu ermitteln, sodass der Roboter auch bei variablen Aufnahmepositionen das Bauteil prozess­sicher greifen kann. 

Roboter in der metallverarbeitenden Industrie

Martin Naumann ist Gründer und Geschäftsführer von drag and bot, einem Spin-off des Fraunhofer IPA in Stuttgart.

© drag and bot

Die Firma Placke bietet Abkantpressen sowie passendes Zubehör und Automatisierungslösungen an. In einer Abkant­presse werden Blechteile wie Verkleidungs­teile, Gehäuse oder Maschinenkompo­nenten in Form gebracht. Ein aktuelles Produkt von Placke ist eine automatisierte Zelle, die die bisher kleinste Abkantpresse des Herstellers und einen Fanuc-Roboter enthält. drag&bot ist als Teil der Auto­matisierungslösung für den Endkunden verfügbar.

Mit der Software erfolgt sowohl die Einrichtung neuer Teile als auch die Bedienung der Anlage in der Produktion. Das Einrichten basiert auf einer vorhandenen Programmvorlage, die bereits alle Funktionen enthält, um Rohbleche von unterschiedlichen Stapeln aufzunehmen und nach erfolgter Bearbeitung abzulegen. Der Bediener muss nur die Teilemaße, den Greifpunkt sowie die Nummer des Rohteilemagazins bestimmen. Auch der eigentliche Biegeprozess kann bei Bedarf durch den Endanwender angepasst werden. Dazu werden vordefinierte Unterprogramme, die jeweils einen Arbeitsschritt umfassen, in der grafischen Bedienober­fläche miteinander verknüpft und gegebenenfalls neu parametriert. Für das Teachen bietet die Software die Möglichkeit, den Roboter in der grafischen Oberfläche an vordefinierte Positionen zu bewegen. Von dort aus lassen sich die Positionen anpassen, indem der Roboter über Pfeile in Richtung Abkantpresse, von der Abkantpresse weg, relativ zur Abkantpresse nach links oder rechts und oben oder unten bewegt werden kann. Das fertige Programm kann direkt am Roboter getestet und iterativ modifiziert werden. Abhängig von dessen Komplexität ist das Einrichten eines neuen Werkstücks beziehungsweise Blechs mit einer Biegung in maximal einer halben Stunde möglich.

Während der Produktion hat der Anlagenbediener über drag&bot Zugriff auf die wichtigsten Funktionen und Infor­mationen: Er kann zwischen den für ihn freigegebenen Programmen auswählen, diese noch in engen Grenzen parametrisieren, die Produktion starten und Abläufe anhand von Kennzahlen überwachen, beispielsweise anhand der schon pro­duzierten Teile. Im Fehlerfall kann er den Roboter mit der Software einfach wieder in die Startposition zurück bewegen und den Prozess neu starten.