Sechs-Achs-Cobots: Automatisierung in der Fertigung revolutionieren

Kraft- und kraftbegrenzte Roboter können dank neuer Controller einfacher einzusetzen sein

Haben kollaborative Sechs-Achs-Roboter einen Wendepunkt bei der Etablierung ihrer Nische in der Fertigung erreicht? Und könnten sie Türen für Hersteller öffnen, Automatisierung insgesamt zu adoptieren?

„Wir sehen definitiv einen zunehmenden Trend zur Anwendung kollaborativer Roboter“, oder Cobots, sagte Claude Dinsmoor, General Manager von Fanuc Americas General Industry & Automotive Segment. „Kraft- und kraftbegrenzte Roboter können in manchen Fällen einfacher einzusetzen sein, und plötzlich ermutigt das Leute, alle Bereiche der Automatisierung anzuschauen. Für einige Kunden ist es quasi ein Einstiegstor.“

Einstiegstor oder nicht – kollaborative Roboter sind sicherlich Fokus der Innovation.

Das Schweizer Unternehmen Stäubli Robotics führte kürzlich neue Sechs-Achs-Kollaborative ein. Unternehmen, die bereits im Sechs-Achs-Kollaborativ-Sektor etabliert sind, wie Fanuc, ABB und Denso, verbessern Controller und Roboter-Monitoring-Software. Und Universal Robots' Kunden finden innovative Wege, die Sechs-Achs-Kollaborativ-Roboter des Unternehmens zu nutzen.

Stäubli bot kürzlich neue Roboterarme an, mit der TX2-Linie sechsgängiger, kollaborationsbereiter Roboter. Das Unternehmen montierte auch einen seiner TX2-Roboter auf ein fahrerloses Transportsystem (FTS) und nannte es HelMo.

„Der TX2 ist unsere neuere Generation, er arbeitet mit unserem CS9 (Sicherheits-)Controller“, sagte Sebastien Schmitt, Robotics Division Manager für Stäubli North America. „Er ist unsere Antwort auf die kollaborative Umgebung.“

Er wies auf die Flexibilität der TX2-Linie hin, die in einer geschützten Zelle eingesetzt werden kann oder sicher neben Menschen arbeiten kann, indem sie ihre Geschwindigkeit an die Betriebsumgebung anpasst.

„Sie müssen keine Wahl treffen: ‘Nutze ich Kollaboration in meiner Fertigung, oder nutze ich einen eingezäunten Roboter? Ich bin mir noch nicht so sicher.’ Brauche ich Volllast-Produktion, was Kollaboration herausfordernd macht, oder muss ich oft mit meinem Roboter interagieren?“ sagte Schmitt.

Viele von Stäublis Kunden sind Automobilzulieferer, aber die Roboter des Unternehmens werden auch in der Life-Sciences-Industrie eingesetzt, wo Lab 4.0, ähnlich wie Industrie 4.0, an Fahrt gewinnt. Die TX2-Linie umfasst Low- und Medium-Payload-Roboter von 1,1 bis 75 lb (0,5–34 kg) und kann für sensible Umgebungen angepasst werden, wie feuchte Bereiche und Reinräume.

HelMo ist ein Medium-Payload TX2-90L auf einem AGV und operiert durch ein Laserscanner-intuitives Navigationssystem. Laserscanner liefern akustisches und optisches Feedback und initiieren Stopp bei nahem Mensch oder Hindernis.

HelMo wird für Maschinenbe- und -entladung, Verpackung und Montage eingesetzt, so Schmitt.

Einen virtuellen Zaun nutzen

Densos neuer RC8A-Controller macht es sicherer für Menschen, um seine Roboter zu arbeiten, indem er einen virtuellen Zaun erstellt. Ein neues Feature – Safety Motion – kommt zusätzlich zu Features und Funktionen, die bereits im RC8 verfügbar sind.

Safety Motion nutzt zwei optische Sensoren, einen oben und einen unten an der Zelle, die dem Controller signalisieren, dass sich ein Mensch dem Roboter nähert. Wenn das passiert, reduziert der Controller die Robotergeschwindigkeit inkrementell auf ein sicheres Level, abhängig von der Distanz des Menschen. Wenn die Person die nächste Zone erreicht, reduziert der Roboter sein Motordrehmoment, um anzuhalten oder ausreichend abzubremsen, damit ein Operator mit ihm interagieren kann. Wenn sich der Operator entfernt, nimmt der Roboter automatisch seine normale Geschwindigkeit wieder auf, was hilft, die Stillstandzeit zu minimieren.

Optionales Zubehör umfasst ein Teach Pendant mit 7,5-Zoll-Farbtouchscreen und ein Mini-Pendant mit 128 x 64 Pixel LCD-Display.

Denso ist das einzige Robotikunternehmen, das Simulation im Teach Pendant anbietet, sagte Dave Robers, Regional Sales Manager.

„Simulation wird sehr, sehr essenziell, weil wenn Sie nicht sicher sind, wie der Roboter zu einem spezifischen Punkt geht oder was seine finale Position sein wird, wenn er dort ankommt, haben Sie das Potenzial, Ihren Roboter zu crashen oder Ihr Werkzeug oder Ihre Ausrüstung zu beschädigen“, sagte er.

Mit Abmessungen von 12,5 x 14 x 3,69 Zoll (31,75 x 35,56 x 9,37 cm) bleibt der RC8A der weltweit kleinste industrielle Robotercontroller mit 3-kW-Ausgang. Die kompakte Größe spart wertvollen Shopfloor-Platz und erleichtert Integration.

Densos ORiN Open-Resource-Interface-Networking-System erlaubt dem RC8A, mit über 100 verschiedenen Gerätetypen zu kommunizieren.

Einfachheit und Geschwindigkeit verbessern

Fanucs neuer R-30iB Plus Controller macht seine Sechs-Achs-Roboter einfacher und schneller nutzbar.

Der R-30iB verfügt über ein neues iPendant mit verbesserter Bildschirmauflösung und Verarbeitungsleistung. Die Benutzeroberfläche, iHMI, hat einen ikonbasierten Screen, der ein vertrautes Erlebnis mit intuitiven Guides für Setup und Programmierung bietet. Er beinhaltet auch Tutorials von der Haupt-Startseite, die wie jene für Fanuc CNCs gestaltet sind, was einen einfacheren Übergang zur Roboternutzung ermöglicht.

Das Unternehmen hat Verarbeitungsperformance für Hardware und Software im R-30iB Plus verbessert, und der Signalverarbeitungszyklus wurde verkürzt. Im Vergleich zu früheren Controllern ist der Signalausgabe-Timing verbessert, was mögliche Anwendungen auf Systeme erweitert, die ein hohes Maß an Positionierpräzision erfordern, wie Laserapplikationen.

„Mit den schnelleren Verarbeitungsgeschwindigkeiten konnten wir die Programmierschnittstelle am Pendant schneller, reaktionsfreudiger, responsiver machen“, sagte Fanuc Americas Dinsmoor. „Mit der Erhöhung der Verarbeitungsgeschwindigkeit können wir auch die Logikverarbeitung des Roboters beschleunigen, um schnellere Logikverarbeitung und Ausführungszeit zu erlauben.“

Die Vision-Funktion des R-30iB Plus hat ein neues Kamera-Interface, das die Geschwindigkeit für die Bildübertragung von der Kamera vervierfacht, zusammen mit vereinfachter Kabelkonfiguration.

„Zusätzlich, in unserer Architektur, da wir integrierte Machine Vision haben, wo wir Ihnen erlauben, eine einfache Kamera und Kabel anzuschließen und sie mit der Roboterfunktion zu integrieren, finden wir, dass andere Aktionen wie Machine-Vision-Bildverarbeitung, integriert mit dem Roboter, auch schneller sind“, sagte Dinsmoor. „Also wieder: Was wir sehr stark versuchen, ist zu verbessern, was der Roboter tut und wie schnell er es tut.“

Operatoren sicher halten

ABB hat eine neue Version seiner Roboter-Monitoring-Software: SafeMove2.

Wie das erste SafeMove umfasst SafeMove2 diverse Funktionen, darunter sichere Geschwindigkeitslimits, sichere Stillstandüberwachung, sichere Achsenbereiche und Positions- und Orientierungsüberwachung. Als Resultat können Zäune viel näher am Roboter installiert werden, was effizientere Flächennutzung ermöglicht.

„Sie bekommen mehr Roboter in denselben Platz“, sagte Henrik Jerregard, Global Project Manager für Robotercontroller bei ABB in Västerås, Schweden.

„Beide Versionen haben die Basisfeatures, sicherzustellen, dass der Roboter im typischen Bereich des Roboterarbeitsraums bleibt“, sagte er. „Mit der zweiten Iteration ist es viel flexibler. Wir erlauben mehr Features wie zusätzliche Zonen, Bereiche und Werkzeuge und können sie in RobotStudio simulieren“, ABBs Simulations- und Offline-Programmiersoftware.

Ein weiterer Aspekt von SafeMove2 ist, dass es eine softwarebasierte Sicherheitslösung statt einer hardwarebasierten bietet. Als Resultat können Nutzer reduzierte Investitionen sowie erhöhte Flexibilität und Zuverlässigkeit erwarten.

Eine gemeinsame Applikation, die SafeMove2 ermöglicht, ist kollaborative Applikationen wie Maschinenbe- und -entladung oder Inspektion, so Jerregard. Mit der Sicherheitssoftware kombiniert mit Sicherheitssensoren kann ein Operator zum Roboter gehen und das Werkstück ansehen, an dem der Roboter gerade arbeitet – weil die App den Roboter verlangsamt und dann anhält.

SafeMove2 integriert auch Safety Fieldbus Konnektivität in ABBs IRC5 Robotercontroller-Familie sowie IRC5 Single, Compact und Paint Controller.

Partner-Material werden

Universal Robots, ein dänisches Unternehmen, fertigt drei kollaborative Sechs-Achs-Roboter: UR3, UR5 und UR10. Sie reichen in Payload von 6,6 bis 22 lb (3–10 kg) und in Reichweite von 19,7 bis 51,2 Zoll (500–1300 mm).

Task Force Tips, ein in Indiana ansässiger Hersteller von Feuerlöschausrüstung, installierte einen UR10-Roboter und zwei UR5-Roboter zum Tenden von CNC-Maschinen. Ein vierter Roboter, ein UR5, ist auf einem fahrbaren Tisch montiert und wird zwischen Aufgaben bewegt.

„Leicht, einfach einzurichten, zu programmieren und einzusetzen – Universal Robots erlauben Kunden heute, High-Mix/Low-Volume-Produktionsanforderungen zu adressieren, indem sie denselben Roboter in mehreren Applikationen und Werksstandorten teilen, ohne die Kosten zusätzlicher Roboter zu tragen“, sagte Brian Dillman, Area Sales Manager bei Universal Robots.

Task Force Tips CEO Stewart McMillan sagte: „Wir können den Tisch mit dem Roboter direkt an die Maschine rollen und in wenigen Minuten den Roboter lehren, Teile zu laden. Er wird zu einer Art Partner für eine Person, die herumgeht und ihnen bei der Plackerei hilft.“

Die beiden vision-geführten UR5-Roboter arbeiten im Tandem: einer nimmt Blanks für Feuerlöschdüsen auf und platziert sie in einer Fräsmaschine, dann nimmt er das halb bearbeitete Teil und reicht es an den zweiten UR5 für weitere Bearbeitung weiter.

Sowohl die Roboter-Übergabe als auch die Vision-Guidance nutzen die MODBUS-Kommunikationsprotokoll-Register in den UR-Roboter-Controllern.

Wenn die Krafterkennung eines Roboters ein missgebildetes Teil oder Bearbeitungsspan in den Backen eines Spannfutters identifiziert, versucht es, den Schmutz mit Druckluft wegzublasen, und spült dann den Spannfutter aus, falls das nicht klappt. Wenn all das fehlschlägt und das Teil immer noch nicht geladen werden kann, benachrichtigt der Roboter den Operator.

Roboter-Ellbogen knickt statt zu rotieren

Hersteller, die einen Roboterarm in engen Platzverhältnissen unterbringen und Zykluszeiten beschleunigen wollen, könnten an Epson Robotics' neuer Flexion-Serie interessiert sein.

Der „Ellbogen“ an den Roboterarmen der Serie klappt in sich zusammen statt zu rotieren. Dies ermöglicht dem Flexion N2, dem ersten verfügbaren Roboter der Serie, in einem Raum bis zu 40% kleiner als vergleichbare Sechs-Achs-Roboter zu arbeiten und die Bewegungseffizienz zu maximieren, um Zykluszeiten zu beschleunigen, so Epson. Der N2 hat 17,7 Zoll (450 mm) Reichweite, benötigt 18 Zoll (460 mm) Platz und hat 5,5 lb (2,5 kg) Payload.

„Im Elektronikmarkt, wo wir tonnenweise Roboter verkaufen, sprachen wir mit einigen unserer Kunden und sie waren sehr begeistert von der Möglichkeit, dass wir die Größe dieses Roboters verkleinern – damit sie ihre Gesamtfabrikfläche reduzieren können“, sagte Rick Brookshire, Group Product Manager. „Es startete in der Elektronikindustrie, aber sobald wir das Produkt vorstellten, bekamen wir viele Anfragen aus der Medizin- und Automobilindustrie.“

Obwohl Epsons C4 Sechs-Achs-Roboter im Vergleich zu Wettbewerbern kompakt sind, ist Epsons C4 Sechs-Achs-Roboter dem N2 in puncto enge Räume nicht gewachsen, sagte er. Der C4 hat 23,6 Zoll (600 mm) Reichweite, benötigt aber 26 Zoll (660 mm) Arbeitsraum.

Der N2 kann entweder an der Decke oder auf dem Tisch montiert werden. Er hat Optionen einschließlich Vision Guidance und Force Sensing.