Handgeführte Roboter

Es gibt vier Methoden für den Betrieb von kollaborativen Robotern (Cobots), die im Sicherheitsstandard RIA 15.06-2012 definiert sind, und jede hat ihren eigenen Platz im Fertigungsbetrieb. Von den vieren scheint die Handführung die geringste Aufmerksamkeit zu erhalten. Im Sicherheitsstandard definiert Abschnitt 5.10 (Anforderungen an den kollaborativen Betrieb) die Voraussetzungen, die erforderlich sind, damit Roboter im kollaborativen Betrieb funktionieren können, indem sie eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllen:

• 5.10.2 Sicherheitsbewerteter überwachter Halt

• 5.10.3 Handführung

• 5.10.4 Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung

• 5.10.5 Leistungs- und Kraftbegrenzung durch inhärente Konstruktion oder Steuerung

Handführung besagt einfach, dass sich die Ausrüstung – beispielsweise ein Handführungsgriff – in der Nähe des Endeffektors oder Roboterwerkzeugs befindet und sowohl über einen Notstopp als auch über eine Aktivierungsvorrichtung verfügt (denken Sie an einen Live-Man-Schalter wie Sie). siehe auf einem Teach-Pendant). Viele Automatisierungsanwender betrachten die Handführung einfach als „Führen durch Teachen“, d. h. die Fähigkeit, den Roboter frei zu bewegen, um Punkte oder Pfade im Betrieb einzulernen. Dies ist eine weit verbreitete Meinung, aber Lead-Through-Teaching ist nur die Spitze des Eisbergs in der großen Zahl von Anwendungen, die durch Handführung verbessert werden können.

Eine andere verbreitete Ansicht ist, dass Handführungsanwendungen für größere Reichweiten oder schwerere Nutzlasten begrenzt sind, da nicht viele große Cobots verfügbar sind. Es stimmt zwar, dass die meisten leistungs- und kraftbegrenzenden kollaborativen Roboter möglicherweise nicht in der Lage sind, die sehr großen Anwendungen zu bewältigen, aber es ist wichtig zu verstehen, dass die meisten Roboter für eine kollaborative Anwendung verwendet werden können.

Der Kern von kollaborativen Robotern oder kollaborativem Betrieb ist die Zusammenarbeit – die Zusammenarbeit mit anderen. Die Zusammenarbeit mit einem Roboter wird häufig als Hand-in-Hand-Arbeit mit dem Roboter zur Erledigung einer Aufgabe angesehen. Im Kern ist Handführung ein Bediener, der den Roboter von Hand bewegt oder führt – eine Form der Zusammenarbeit, die am ehesten mit der wahren Bedeutung der Zusammenarbeit übereinstimmt.

Denken Sie daran, dass der effizienteste Einsatz kollaborativer Roboter dadurch erreicht wird, dass der Bediener und der Roboter bei Bedarf interagieren und es jedem überlassen, individuelle Aufgaben in seinem eigenen Arbeitsbereich zu erledigen. Es ist nicht viel anders, wenn Sie sich einen Arbeitsplatz mit einer anderen Person teilen. Bei der Integration von Werkzeugen zur Unterstützung des Bedieners sollten die Geräte die Effizienz steigern und Stress oder Belastung verringern. Wenn Sie Ihren Partner ständig erreichen oder sich um ihn herum bewegen, sei es eine Person oder ein Roboter, wäre der gesamte Prozess weniger effizient. Es ist besser, sich die Aufgabe als Ganzes und die Lösung, die Sie erreichen möchten, genau anzusehen, um die beste Eignung für einen kollaborativen Roboter zu ermitteln.

Flexibilität und Funktionalität

Gemäß Abschnitt 5.10.3 der Sicherheitsnormen RIA 15.06-2012 müssen Handführungsgeräte einen Not-Aus- und Zustimmungsschalter haben. In Fällen, in denen eine Handführung an einem Roboter verwendet wird, der die Anforderungen eines leistungs- und kraftbegrenzenden kollaborativen Betriebs erfüllt, sind der Not-Halt und der Zustimmungsschalter möglicherweise nicht erforderlich. Aus diesen Gründen ist es wirklich hilfreich, wenn es mehrere Handführungsoptionen gibt. FANUC bietet zwei Arten von Handführungsgriffen an:Einer beinhaltet die notwendige integrierte Sicherheit für Standardroboter und der andere ist drahtlos und funktioniert mit den leistungs- und kraftbegrenzenden Robotern der CR-Serie. Wenn ein Produkt viele funktionale Optionen hat, ist es, als hätte man einen gut gefüllten Werkzeugkasten – man braucht vielleicht nicht immer alle Werkzeuge, aber wenn man sie bei Bedarf zur Verfügung hat, kann es den Benutzern helfen, Hindernisse schnell zu umgehen.

Punktbasierter Unterricht — Beim punktbasierten Teachen bewegt der Benutzer den Roboter mit dem Handführungsgriff an eine Position und drückt dann die Teach-Taste, um den Punkt aufzuzeichnen. Der Benutzer führt den Roboter weiter zur nächsten Position und erfasst den Punkt. Durch Wiederholen dieses Vorgangs kann schnell ein vollständiges Bewegungsprogramm für die gesamte Anwendung erstellt werden. Punktbasiertes Unterrichten ist ein intuitiver Prozess, der besonders einfach für diejenigen ist, die noch nie einen Roboter verwendet oder programmiert haben.

Pfadbasiertes Lehren — Für einige Prozesse ist es erforderlich, die komplette Bahnbewegung des Roboters aufzuzeichnen. Diese Methode gilt für Anwendungen wie das Schleifen oder Polieren einer Oberfläche mit komplexen Konturen, wenn es wichtig ist, einen glatten Pfad zu haben, der einer Form folgt. Die Handführungssoftware ist so eingerichtet, dass sie während der Bewegung des Roboters automatisch Positionen aufzeichnet, die dann den gesamten Pfad genau wiedergeben. Der Bediener drückt und hält einfach die Teach-Taste und bewegt dann den Roboter entlang des Pfads. Während sich der Roboter bewegt, werden Positionen in voreingestellten Intervallen generiert. Sobald die Bewegung abgeschlossen ist und die Taste losgelassen wird, wird der Pfad im Programm generiert. Wenn eine Feinabstimmung erforderlich ist, kann jede Position individuell geändert werden, um den perfekten Pfad zu erreichen.

Ein weiteres Merkmal des Handführungsgriffs ist ein Knopf zur Steuerung des Werkzeugs. Bei jedem Tastendruck wird der Status des Werkzeugs umgeschaltet. Dies ist besonders nützlich bei Roboteranwendungen, bei denen ein Bediener ein Teil von einem Ort zum anderen bewegen muss. Es sind Programme verfügbar, um die Funktion des Greifers an den Aufnahme- oder Abwurfstellen zu begrenzen, um zu verhindern, dass der Bediener das Teil versehentlich außerhalb der voreingestellten Zonen freigibt.

Einige Anwendungen erfordern möglicherweise langsamere, präzisere Roboterbewegungen in kritischen Bereichen. Es ist eine Taste enthalten, mit der die Bewegung des Roboters unter Handführung automatisch auf eine langsamere Geschwindigkeit geändert werden kann, um die Position des Roboters besser steuern zu können. In anderen Situationen kann es am besten sein, die Bewegung des Roboters auf eine lineare Bewegung zu beschränken und keine Drehung des Werkzeugs zuzulassen. Eine Schaltfläche ist enthalten, um das Bewegungsprofil von der Rotationsartikulation auf nur eine lineare Bewegung umzuschalten.

Bei dem größeren kabelgebundenen Handführungsprodukt ist eine zusätzliche Taste enthalten, um Anwendungen zu programmieren, die eine ultimative Prozesskontrolle und Flexibilität erfordern, wie z. B. mehrstufige Operationen oder wenn lokale Sicherheitsvorschriften eine Zweihandbedienung des Roboters erfordern. Häufig wird diese zusätzliche Schaltfläche verwendet, um das Ende des Handführungsteils der Anwendung anzuzeigen und ermöglicht es dem Roboter, in den individuellen autonomen Modus zurückzukehren, sobald die erforderlichen Sicherheitsanforderungen erfüllt sind (z. B. der Bediener verlässt den kollaborativen Raum).

Handführungsanwendungen

Nun, da wir wissen, was handgeführter kollaborativer Betrieb ist und alle Funktionen, die mit dem Produkt verfügbar sind, wie verwenden Unternehmen dieses Produkt? Wie bereits erwähnt, ist es oft am besten, Handführungsanwendungen nach Aufgaben zu trennen.

Anwendungsbeispiel 1

Bei dieser Anwendung verwendet ein Bediener eine manuelle Hebehilfe, um Teile in eine Montagestation zu laden, die den Rest der Linie versorgt. Der Bediener führt die Hubunterstützungsvorrichtung zum Teileregal und nimmt das Teil auf, führt das Teil dann zur Montagestation und lädt es in die Vorrichtung. Sobald das Teil an seinem Platz ist, schiebt der Bediener die Hebehilfe aus dem Weg, damit sie den Rest des Vorgangs nicht stört. Anstatt automatisch einen Handführungsroboter als direkten Ersatz für die Hebehilfe hinzuzufügen, lassen Sie uns die Funktionen der Anwendung separat untersuchen.

Teil 1 ist ein autonomer Roboterbetrieb, bei dem der Roboter ein Teil aus einem Regal entnehmen und zum Bediener bringen muss. Das Aufstellen eines Lichtvorhangs zwischen dem Roboter und dem Bediener ermöglicht es dem Roboter, sicher im automatischen Modus zu laufen, wenn er gemäß der Risikobewertung richtig konfiguriert ist. Dadurch kann der Roboter den Bediener entlasten, indem er den sich wiederholenden und schweren Hebeteil des Prozesses übernimmt.

Teil 2 beginnt, sobald der Roboter das Teil aufnimmt und zum Lichtvorhang bringt. An dieser Stelle greift der Bediener durch den Lichtvorhang, der den Roboter in einen sicherheitsbewerteten Stillstandscheck versetzt. Sobald der Freigabeschalter aktiviert ist, wird die Roboterbewegung vom Bediener gesteuert, der ihn dann in den Montagebereich führt, wo das Teil in die Vorrichtung geladen wird. Sobald das Teil freigegeben ist, führt der Bediener den Roboter zurück durch den Lichtvorhang.

Wenn der Zustimmungsschalter losgelassen wird, kehrt der Roboter zur sicherheitsbewerteten Nullgeschwindigkeitsprüfung zurück, bis der Lichtvorhang freigegeben wird. Der Roboter kann dann den autonomen Modus wieder aufnehmen und für das nächste Teil zum Teileregal zurückkehren. Der Bediener führt den Montagevorgang durch und schickt das Teil dann die Linie hinunter zur nächsten Station. Da die Teile nicht manuell aus dem Teileregal geholt werden müssen, wird die Zeit des Bedieners für zusätzliche wertschöpfende Arbeiten frei.

Die Zeitersparnis kann ausreichen, um die Anzahl der Montagestationen auf der Linie zu reduzieren, da der Bediener innerhalb der Aufgabenzeit der ersten Station zusätzliche Arbeiten ausführen kann. Außerdem wird der Bediener am Ende der Schicht weniger ermüden, da er nicht für jeden Teilezyklus zwischen der ersten Station und dem Teileregal laufen muss.

Anwendungsbeispiel 2

Dieses Beispiel bezieht sich auf eine vorhandene kollaborative Prüfstation für Schweißnähte. Bei diesem sicherheitsbewerteten Monitor-Stopp-System bringt der Roboter einen geschweißten Rahmen in einen gemeinsam genutzten Arbeitsbereich. Sobald der Roboter gestoppt ist, betritt der Schweißinspektor den gemeinsam genutzten Raum und inspiziert die Schweißnaht. Wenn Schweißnähte nachgebessert werden müssen, befindet sich das Teil möglicherweise nicht im idealen Winkel zum Schweißen. Anstatt dass ein Techniker zur Zelle gehen und den Roboter bewegen muss, wird eine Handführung verwendet. Der Handführungsgriff ist am Werkzeug an einer bequemen Stelle angebracht, auf die der Schweißinspektor zugreifen kann.

Durch die Aktivierung der Handführung kann das Teil für Nachbesserungen an der Schweißnaht einfach in die richtige Position bewegt werden. Dadurch kann der Prüfer auch mehrere Seiten des Teils betrachten, indem er es manuell mit dem Handführungsgriff bewegt. Diese Anwendung umfasst jetzt zwei Arten von kollaborativem Betrieb und ist ein Beispiel dafür, wie mehrere Arten von kollaborativem Betrieb zusammen entwickelt werden können, um die ideale Fertigungslösung bereitzustellen.

Anwendungsbeispiel 3

Eine gute Einstiegs-/Heimwerkeranwendung beinhaltet die Verwendung von Handführung, um einen Visionsprozess zu vereinfachen, bei dem Teilestile oder Schalen manuell geändert werden. Die Systemeinrichtung erfordert zunächst, dass der Bediener eine Ablage mit Teilen auf einen Tisch stellt. Der Roboter nutzt Vision, um das Tablett und das erste Teil zu finden, und beginnt dann mit dem Prozess.

Wenn sich Teileablagen ändern, muss die Betrachtungsposition des Roboters angepasst werden. Die Verwendung von Handführung kann den Bediener davon entlasten, den Roboter in den Teach-Modus zu versetzen, um „Vision Find“-Änderungen am Programmierhandgerät vorzunehmen. Sobald diese Funktion vorprogrammiert ist, kann der Bediener die erforderlichen Änderungen mit dem Handführungstool vornehmen. Die zusätzliche Prozesstaste auf dem Handführungstool teilt mit, dass der Bediener den Roboter von Hand zu einer neuen „Vision Find“-Position bewegt hat. Der Roboter verwendet dann die neue Position, die mit Handführung eingelernt wurde, bis zum nächsten Teileschalenwechsel.

Für neue Benutzer oder Heimwerker ist diese Methode im Vergleich zum Ändern eines Roboterprogramms äußerst einfach zu verwenden und hilft, wertvolle Zeit zu sparen.

Anwendungsbeispiel 4

Viele High-Mix-/Low-Volume-Schweißbetriebe leiden unter einem Mangel an ausgebildeten und qualifizierten Schweißern. Das Hinzufügen einer Handführung zu einem Lichtbogenschweißroboter ermöglicht es einem Bediener mit grundlegenden Schweißkenntnissen, Programme zum Schweißen seiner Kleinserienteile einfach zu lehren. Der Bediener verwendet eine Handführung, um den Schweißbrenner zu bewegen, damit sich der Draht in der richtigen Position für die Schweißverbindung befindet. Die Tasten auf der Handführungshardware bieten eine einfache Benutzeroberfläche, die es einfach macht, ein vollständiges Programm für jedes Teil zu erstellen. Der Bediener kann dann den Roboter das Teil schweißen lassen, während er zur nächsten Schweißstation weitergeht.

Die Roboterhandführung verringert die Notwendigkeit für den Schweißer, den Roboter mit dem Teach-Pendant zu bewegen und zu programmieren. Indem der Schweißer den Roboter schnell und einfach programmieren kann, ist er in der Lage, die Produktion an mehreren Stationen mit einem hohen Teilemix am Laufen zu halten.

Da immer mehr kleine und mittelständische Hersteller Roboter implementieren, um eine Vielzahl von Anwendungen und Prozessen zu bewältigen, werden Handführungswerkzeuge und -techniken ihre Funktionalität erweitern und noch benutzerfreundlicher werden.

Dieser Artikel wurde von FANUC America Corp., Rochester Hills, MI, beigesteuert. Weitere Informationen finden Sie hier .