Beim automatisierten Be- und Entladen von Werkzeugmaschinen bieten neue Roboterkinematiken entscheidende Vorteile. Roboterformen, die sich an der menschlichen Anatomie orientieren, arbeiten auf engstem Raum äußerst flexibel und lassen sich universell einsetzen.
Alexander Luna Garcia, Sales GI Robots & Products, Yaskawa Europe GmbH
Die aktuelle Diskussion im Bereich der Industrierobotik ist bestimmt von der Frage nach Sinn (und Unsinn) neu entwickelter Kinematiken. Zweifellos gibt es bereits eine Vielzahl von Typen wie Scaras, Knickarm- und Portalroboter, Linearachssysteme bis hin zu Hy- bridrobotern oder superschnellen Deltakinematiken. Warum sollte ein Roboterhersteller also überhaupt noch neuartige Kinematiken in Form von menschenähnlichen Ein- und Doppelarmrobotern entwickeln und anbieten?
Ganz einfach: Gegenüber herkömmlichen Industrierobotern verfügen diese Ein- und Doppelarmroboter über eine enorme Bewegungsfreiheit und sind damit ideal für Handlings- und Montagetätigkeiten. Konkret stehen dabei zum einen die 7-Achs-Roboter der Motoman SIA-Serie zur Verfügung, zum anderen die Doppelarm-Roboter der Motoman SDA-Serie mit 15 Achsen.
Neue Kinematik-Dimensionen
Die Idee und die Entwicklung von neuen, bisher nicht existierenden Kinematiken gingen vom japanischen Automatisierungsmarkt sowie von der Automobilindustrie aus. Eine Zielvorgabe bestand darin, dass die neuartigen Kinematiken Applikationsbereiche abdecken sollten, die bis dato nur von Menschenhand erledigt werden konnten. Es lag auf der technischen Hand, dass sich die Produktentwickler in absolut neuen Kinematik-Dimensionen bewegten, die die bisherigen Wissens- und Kenntnisstände übertrafen.
Die von Yaskawa neu konzipierten Modelle basieren auf einem modernen Technologiekonzept: Sie besitzen die physischen Eigenschaften ähnlich eines Menschen. Vorrangig sollten diese Roboter die Aufgaben der Menschen an ihrem Arbeitsplatz erleichtern, die Produktivität der Unternehmen verbessern und die Produktqualität erhöhen.
Solche kompakten Arme konnten durch neu entwickelte hochflexible und ultraleichte Antriebseinheiten, in denen Motor, Getriebe, Bremse und Absolut-Encoder zu einer Einheit verschmolzen wurden, realisiert werden. Die Einsatzgebiete der 7- und 15-achsigen Roboter sind Automatisierungslösungen, bei denen eine Realisierung mit den bisherigen, konventionellen Mehrachssystemen undenkbar war.
Die Form des 7-achsigen Motoman-Roboters SIA20 basiert auf der eines Menschenarms. Der Einarmroboter mit einer Grundfläche von lediglich 280 x 280 mm, einer Gesamthöhe von knapp 1600 mm und einer Tragkraft von 20 kg ist ähnlich beweglich wie ein Menschenarm. Durch seine kompakte Bauweise werden hochgradige Bewegungsfreiheiten auf engstem Raum ermöglicht.
Die Medienführung wie zum Beispiel Luft und Strom wird im Roboterarm realisiert. Eine konventionelle, außen am Roboterarm verlegte Schlauchpaketführung ist bei diesen gelenkigen Typen überhaupt nicht mehr notwendig.
Der Blick auf den Arbeitsbereich des 7-Achsers zeigt, warum dieser den Beinamen Snake (englisch für „Schlange“) erhielt. Beweglich wie eine Schlange fährt der Roboter bestimmte Positionen im Raum an, die mit konventionellen Kinematiken nicht zu erreichen sind. Möglich macht es die charakteristische Konstruktion des 7-achsigen Einarmroboters.
Einsatz unter engsten Platzverhältnissen
Der 7-Achser kann zum Beispiel in Montage- und Handhabungsprozessen an Werkstücken mit mehreren schwer zugänglichen Seiten eingesetzt werden. Außerdem erlaubt er zum Beispiel die Beschickung von Maschinen, ohne dabei direkt vor der Bedieneröffnung stehen zu müssen. Zwischenzeitliche manuelle Tätigkeiten an der automatisierten Maschine lassen sich dadurch wesentlich einfacher ausführen. Hier wird der im Vergleich zu einem herkömmlichen 6-Achser eingesparte Platzbedarf besonders deutlich.
Die Montage des 7-Achsers kann sowohl stehend als auch an der Wand beziehungsweise an der Decke erfolgen. Der Vorteil des Snake zeigt sich vor allem bei der Wandmontage: Während der 6-Achser bei der Wandmontage in seinem Bewegungsradius eingeschränkt ist, kann der 7-Achser seine S-Achse bis zu +/-180 Grad drehen. Durch diesen Vorteil kann der 7-Achser bei jeder Montagevariante außerhalb des Arbeitsbereichs platziert werden.
Wie dies konkret aussieht, zeigt ein Praxisbeispiel: Realisiert wurde eine Automatisierungslösung zum Be- und Entladen einer CNC-Werkzeugmaschine mit dem 7-achsigen Motoman SIA20 und zwar unter äußerst beengten Platzverhältnissen.
Auch bei Schweißanwendungen werden die 7-Achser vermehrt eingesetzt, da gerade hier bei komplexen Werkstückgeometrien die Gelenkigkeit und die Bewegungsfreiheit von großem Nutzen sind. So überzeugt der Motoman VS50 – der weltweit erste Punktschweißroboter mit sieben Achsen – durch seine hohe Tragkraft von 50 Kilogramm und durch seine extrem kompakte Bauweise. Schon jetzt übernehmen zweiarmige SDA-Roboter der Produkt-Familie Yaskawa Motoman Aufgaben in immer neuen Einsatzfeldern. Beispiele finden sich etwa bei der Montage von komplexen Differentialgebern oder bei der automatisierten Qualitätskontrolle von Fertigungsteilen.
Die Doppelarmroboter mit den Bezeichnungen Motoman SDA10 und SDA20 besitzen 15 Achsen und ähneln in ihrer Form einem menschlichen Oberkörper. Bei den Modellen SDA10 und SDA20 dreht eine Achse den Oberkörper, an dem zwei Arme mit jeweils 7 Freiheitsgraden montiert sind. Jeder dieser Arme ist so angeordnet, dass menschenähnliche Bewegungen realisiert werden können. Die Tragkraft pro Arm beträgt 10 beziehungsweise 20 kg. Die Montagemöglichkeit ist hier auf die Bodenmontage beschränkt.
Im Prinzip ist der SDA Dualarm-Roboter eine Kombination aus externer Achse – also der Hüfte – und den Armen von zwei SIA-Einarmrobotern, die hier in einem System kombiniert sind.
Voraussetzung für den Betrieb von Einarm- und Doppelarmrobotern bildet die Multi-Robot-Technologie, die Yaskawa bereits seit rund 20 Jahren mit entsprechenden Steuerungen entscheidend prägt. Eine einzige DX100-Steuerung kann bis zu 8 Roboter beziehungsweise insgesamt bis zu 72 Achsen steuern. Daraus ergeben sich einzigartige Möglichkeiten zur Ausführung unterschiedlicher Aufgaben und für eine synchrone Koordination. Da ein Roboter in einem Multi-System die Positionen der anderen Roboter kennt, ist hier eine Crash-Situation ausgeschlossen.
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