Melden Sie sich hier an, um auf Kommentare und die Whitepaper-Datenbank zugreifen zu können.

Kein Log-In? Dann jetzt kostenlos registrieren.

Falls Sie Ihr Passwort vergessen haben, können Sie es hier per E-Mail anfordern.

Der Zugang zur Reseller Only!-Community ist registrierten Fachhändlern, Systemhäusern und Dienstleistern vorbehalten.

Registrieren Sie sich hier, um Zugang zu diesem Bereich zu beantragen. Die Freigabe Ihres Zugangs erfolgt nach Prüfung Ihrer Anmeldung durch die Redaktion.

04.04.1986

Antriebsverfahren werden zwar ständig verbessert, aber:Einsatz von Robotern derzeit noch eng begrenzt

Bei der Roboter-Einsatzplanung treten verschiedene grundsätzliche Fragestellungen auf. Beispielsweise, ob ein Robotertyp auf dem Markt erhältlich ist, der den vorliegenden speziellen fertigungstechnischen Notwendigkeiten und Gegebenheiten gerecht wird oder inwieweit ist die hochgepriesene Roboterflexibilität für den jeweiligen Einsatzfall zutreffend ist.

Bekanntlich gibt es typische und klassische Roboteranwendungen, beginnend beim Punktschweißen, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll, sondern vielmehr kann man sich unschwer vorstellen, daß derzeit auch ein Roboter noch seine Grenzen in den unterschiedlichsten Einsatzbereichen hat.

Nach VDI-Richtlinie 2861 (Entwurf) besitzt ein Roboter maximal acht Achsen mit maximal sechs Freiheitsgraden. Der menschliche Bewegungsspielraum weist jedoch rund 25 Achsen auf - weit mehr also - die teilweise bei Handhabungsvorgängen auf direktem Wege benutzt werden.

Beweglichkeit steigert Produktivität

Gegenüber dem Menschen gibt es nun manchmal Situationen, wo ein Roboter hinsichtlich seiner vorhandenen Achsen in Verbindung mit seiner ihm eigenen Kinematik Kompromisse eingehen muß. "Es kommt vor, daß ein Roboter Werkstücke bei mehrseitiger Bearbeitung zwischenlagern muß, um sie achsenabhängig wieder ordnungsgemäß in die Bearbeitungsmaschine einzulegen (im Gegensatz dazu benutzt der Mensch seine beiden "Greiferorgane" im Wechselspiel).

Dieses Wechselspiel führt dazu, daß Werkstücke im Bearbeitungsraum gehandhabt werden können. Möglicherweise muß nun der Roboter aufgrund des geringen vorhandenen räumlichen Spielraumes aus der Maschine fahren, wenden und wieder einlegen. Oder er muß in seinem laufenden Programm Hindernisse umfahren, weil ihm gegenüber einem Menschen relativ wenig Achsen zur Verfügung stehen. Jeder Kompromiß bedeutet gleichzeitig zusätzliche Raumpunkte im Programm. Dies kann dazu führen, daß durch die Erhöhung der Handhabezeiten ( = hier: Maschinenstillstandszeiten) eine Produktivitätsminderung eintritt und somit die Wirtschaftlichkeit infrage gestellt wird.

Einlegegerät oft billigere Lösung

Des weiteren tritt eine Produktivitätsminderung ein, wenn die Geschwindigkeit des Roboters gegenüber manueller Handhabung niedriger ist. In jedem Fall sollte für beide Kriterien, Achsen und Geschwindigkeit, im Planungsstadium eine Zeitstudie angefertigt werden, um entsprechende Aussagen zu erhalten. Dazu ist es notwendig, jede vorliegende Achsenbewegung zu analysieren. Unterschiedliche Roboter können unterschiedliche Achsen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufweisen, so daß nicht jeder Roboter die gleiche Gesamttaktzeit aufweist.

Je höher die Handhabungskomplexität und je unterschiedlicher die handzuhabenden Werkstücke sind, desto höhere Anforderungen werden an die Steuerung gestellt. Innerhalb dieses Bereiches liegt eine klassische Robotergrenze. Sind für einen Anwendungsfall höchstens drei Achsen erforderlich und der Handhabevorgang ist für ein gleiches Werkstück mehrere Jahre derselbe, das heißt es wird keine Flexibilität benötigt, so wäre aus technischen und wirtschaftlichen Gründen ein Roboter überproportioniert. Ein einfaches und billiges Einlegegerät tut es auch, vorausgesetzt das Werkstückgewicht ist vertretbar. Liegt nun eine höhere Werkstückvielfalt vor, so tritt beim späteren Automatikbetrieb das Problem der Werkstückerkennung auf. Leider werden häufig zu bearbeitende Werkstücke ungeordnet in Kisten angeliefert. Als Faustregel sei angeführt, daß man für zirka zehn unterschiedliche Werkstücke mit eventuellem automatischem Greiferwechsel, beispielsweise mittels Fördersystemen, eine Ordnung der Werkstücke herbeiführen kann. Voraussetzung dafür ist jedoch, daß die Werkstückgewichte und die Werkstückgeometrien zumindest ähnlich sind. Je unterschiedlicher die Werkstückgeometrien sind, desto höhere Anforderungen werden an das Greifsystem gestellt. Es ist bestimmt nicht sinnvoll, für 100 verschiedene Werkstücke 100 verschiedene Greifer bereitzustellen. Ob die Steuerungskapazität mit entsprechender Verknüpfung der Peripherie ausreichend wäre, ist die zweite Frage.

Es wird klar, daß ohne Sensortechnik hier eine weitere eindeutige Roboter-Einsatzgrenze vorliegt, da bekanntlich ein Roboter ohne Hilfssysteme keinerlei Entscheidungen treffen kann. Setzt man nun Hilfssysteme ein, so sind diese immer in Verbindung mit den gegebenen Steuerungskapazitäten des Roboters zu sehen.

Um diese Problematik der Entscheidungsfindung und Teileerkennung zumindest für bestimmte Anwendungsfälle in den Griff zu bekommen, kreierte man vor einigen Jahren die Roboter-Sensortechnik mit dem Ziel, den sogenannten "Griff in die Kiste" zu lösen. Es ist zu erwarten, daß diese universelle Lösung noch einige Jahre, vielleicht Jahrzehnte, auf sich warten läßt. Möglicherweise gibt es nie eine universelle Lösung, sondern unterschiedliche Sensoren werden ausschließlich für bestimmte Anwendungen eingesetzt; der Trend hierfür ist schon teilweise zu beobachten. Trotz einzelner Einsätze von taktilen oder visuellen Sensoren kann diesbezüglich immer noch bedenkenlos von einer Robotergrenze gesprochen werden.

Ungenauigkeiten addieren sich

Gegenüber hydraulisch angetriebenen Robotern weisen elektrisch angetriebene Roboter mit maximal + / - 0,1 Millimeter derzeit die höchste Genauigkeitsstufe auf. In bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise beim Einlegen in eine Meßstation oder in Bearbeitungszentren wird jedoch manchmal eine bedeutend höhere Genauigkeitsanforderung gestellt. Von Hilfseinrichtungen abgesehen kann dies zum Scheitern einer Roboter-Automatisierung führen.

Innerhalb dieser Problematik darf nicht nur die Ungenauigkeit des Roboters gesehen werden, sondern es ist bei einer Betrachtung der insgesamt möglichen Ungenauigkeit die Peripherie zu addieren. Als Hilfseinrichtungen werden hierbei schon vereinzelt Sensoren eingesetzt, wie zum Beispiel Nahtsuchsysteme zum Bahnschweißen oder visuelle Lageerkennungen von Bolzendurchgangslöchern bei Montagehandhabungen. Jedoch ist diesbezüglich noch kein System serienreif.

Jeder Roboter besitzt seinen Arbeitsbereich, in welchem er die ihm gestellten Aufgaben erfüllt. Von Neuplanungen einschließlich Roboterautomatisierungen abgesehen, wird in den meisten Fällen ein Roboter in bereits bestehende Fertigungssysteme integriert. Befinden sich nun bei einer Mehrmaschinenbedienung die einzelnen vom Roboter zu bedienenden Einheiten außerhalb seines Arbeitsbereiches, so tritt eine weitere Problematik auf, wenn einzelne Maschinen aufgrund von Verankerungen nicht mehr in ihrer Anordnung veränderbar sind, zum Beispiel bei Pressen. Man kann den Roboter zwar auf einer Traverse verfahrbar anordnen, jedoch geht dies meistens zu Lasten der Taktzeit oder der Genauigkeit.

Läßt man die einzelnen Systeme von je einem Benutzer bedienen, so wird dies wieder unwirtschaftlich, oder der vorhandene Platz ist für mehrere Roboter nicht ausreichend. Daß man bei solchen Ist-Anordnungen von roboterfeindlicher Planung sprechen kann versteht sich von selbst.

Es ist äußerst selten der Fall, daß man einen Roboter in einen bestehenden Fertigungsprozeß integriert, verknüpft und sofort mit der Produktion beginnen kann. Für den späteren Automatikbetrieb müssen meistens zusätzliche Einrichtungen, konstruktive Änderungen, Neuentwicklungen etc. geschaffen werden. Oder Teilsysteme sind gar unbrauchbar und somit neu anzuschaffen und beizustellen. Einen nicht unerheblichen Kostenfaktor kann eine Spezialgreifer- oder Werkzeugentwicklung darstellen.

Peripherie kann teuer werden

Diese Problematik kann dazu führen, daß die Umstellung auf eine Roboterautomatisierung unwirtschaftlich wird. Ein Richtwert besagt, daß bei einer Umstellung in der Praxis, von Laborversuchen und Tests einmal abgesehen, die Peripherie des Roboters genausoviel kostet wie der Roboter selbst. Eine vertretbare Amortisierung und Wirtschaftlichkeit wird bei Überschreitung dieses Wertes zumindest in Frage gestellt.

Es versteht sich von selbst, daß in vorausgegangenen Ausführungen nur grundsätzliche und/oder allgemeine Robotergrenzen angesprochen werden konnten, da jede Art eines Fertigungsprozesses eigene fertigungsspezifische Problematiken aufweist. Bei einer Roboter-Einsatzplanung müssen demnach alle eventuellen roboterfeindlichen Fertigungsspezifikationen zusätzliche Beachtung finden, wobei dieses zusätzliche Potential ein Projekt immer noch zum Scheitern bringen kann.

Herbert Heinemann ist Geschäftsführer der Firma Robot Consult, Kleinostheim