Roboter-Prototyping: 5 häufige Fehler und Experten-Tipps zur Vermeidung

Veröffentlicht am 16. November 2020 | Von WayKen Rapid Manufacturing

Roboter sind hochkomplexe, wissenschaftlich fundierte Maschinen, die menschliche Arbeit ersetzen oder Aufgaben bewältigen können, die für Menschen unmöglich sind. Im Laufe der Jahre wurden zahlreiche Robotersysteme entwickelt, um Bereiche wie Beladung, Überwachung und Steuerung in der Industrie zu unterstützen. Entwickler müssen das Tempo erhöhen, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Daher ist Rapid Robot Prototyping ein unverzichtbares Gebiet, das jeder gute Designer beherrschen muss. Hier sind häufige Fehler, die Einsteiger machen, und Ratschläge, wie man sie vermeidet.

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Überdesign

Designer sind Perfektionisten und streben danach, ihre Erfindung sowohl funktional als auch ästhetisch ansprechend zu gestalten. Dabei vergessen sie oft, dass Rapid Prototypes genau das sein sollten: schnell und einfach. Sie entwerfen alle komplexen, detaillierten Oberflächen des Robotergehäuses, und der Prototypenhersteller schüttelt den Kopf und veranschlagt ein halbes Jahr für die benötigte Detaillierung und Bearbeitung der genannten langlebigen Leichtbauverbundwerkstoffe.

Rapid Prototypes müssen maximal vereinfacht werden. Zum Vergleich: Das finale Design ist ein Speer, der Rapid Prototyp hingegen nur ein Stock. Es ist Zeitverschwendung, alle ästhetischen Oberflächen zu fertigen, wenn man einen Kunststoff- oder Holzblock gleicher Gewichts- und Größenklasse nehmen, die Elektronik montieren und prüfen kann, ob sich das Gerät wie vorgesehen bewegt – selbst wenn es nur für wenige Testläufe hält.

Sich in Prototypen-Funktionen verlieren

Moderne Roboter verfügen oft über eine Vielzahl von Funktionen, und ihr finales Design ist sehr komplex, um alle Features im Gehäuse unterzubringen. Einige Designer glauben, alle Funktionen des Endprodukts in den Prototyp integrieren zu müssen. Das Resultat: Wochen oder sogar Monate werden damit vergeudet, Funktionen hinzuzufügen, Bereiche zu korrigieren und Features zu optimieren. Währenddessen liegt der Prototyp in der Fertigung, der Entwicklungsprozess stockt, und der Designer jagt dem perfekten Prototyp hinterher.

Rapid Prototypes von Robotern müssen nicht perfekt sein. Ein einzelner Rapid Prototyp zielt darauf ab, ein oder zwei Funktionen zu prüfen – beispielsweise die Traglast und Hubhöhe eines Roboterarms. Es gibt keinen Grund, Objekterkennungskameras und Klemmmechanismen an einem solchen Prototyp zu verbauen; das Gewicht kann für den Test notfalls einfach verschraubt werden. Sobald der einfache Rapid Prototyp getestet und ein Problem gelöst ist, kann das finale Design präziser und besser ausgearbeitet werden.

Vergessen von Standardkomponenten

Roboter sind komplex, weil sie Hardware und Software vereinen. Ein Roboterhand muss starke Metallfinger haben, aber auch mit minimal erforderlicher Kraft greifen können, um Teile nicht zu beschädigen. Roboterfirmen entwickeln und patentieren gerne neue Funktionsteile wie Computer-Vision-Einheiten oder Steuerungssysteme. Je origineller das Design, desto besser. Für Rapid Prototypes gilt jedoch das Gegenteil: Je mehr Zeit in kundenspezifische Teile investiert wird, desto weniger Zeit bleibt für Tests.

Daher ist es essenziell, Standardkomponenten nicht zu vergessen. Mit einfachen Servomotoren, Controllern, Kameras, Dioden usw. lassen sich viele Roboter-Prototypen bauen. Das spart nicht nur Zeit und Geld bei der Fertigung kundenspezifischer Teile, sondern kann das Originaldesign sogar verbessern oder vereinfachen und so den Roboterkosten senken.

Unnötige Werkzeuge einsetzen

Viele Prototypenhersteller verfügen über einen Standardsatz an Werkzeugen, den sie für die meisten Aufträge nutzen. CNC-Werkzeugmaschinen sind weit verbreitet. Doch ist CNC-Bearbeitung in jedem Fall nötig? Wäre nicht eine konventionelle Werkzeugmaschine einfacher, ohne den Schritt der NC-Programmierung und Werkzeugeinrichtung? Ähnliches gilt für Designer: Reicht vielleicht eine Handskizze statt eines detaillierten CAD-Modells für einen Prototyp, der nur wenige Tage getestet und dann verworfen wird?

Moderne Fertigungs- und Entwicklungswerkzeuge sind hervorragend, aber ihre Notwendigkeit muss stets kritisch geprüft werden. Beim Rapid Prototyping sollte man versuchen, den Prototyp in minimaler Zeit manuell aus einfachsten Materialien zu fertigen. Viele Roboter-Prototyper bauen Gehäuse aus Pappe für Proof-of-Concept-Modelle, da langlebige Elemente für so kurzlebige Modelle sinnlos sind. Sie investieren kaum Ressourcen, der Prototyp hält die Tests durch – während Sie noch alle Roboterarmteile fräsen.

Über Misserfolge ärgern

Ein großartiges Design im ersten Anlauf zu erstellen, ist fast unmöglich. Allein die Feinabstimmung der Roboterbewegungssteuerung erfordert monatelanges Trial-and-Error. Da die Robotikbranche jung ist, fehlen ausreichende Designrichtlinien, was die Komplexität erhöht. Gleichzeitig sind die Anforderungen hoch – besonders bei kollaborativen Robotern. Misserfolge sind also unvermeidlich.

Aber das ist in Ordnung. Je öfter Sie scheitern, desto perfekter wird Ihr Design – und Rapid Prototypes sind genau dafür da. Betrachten Sie sie als Einwegbecher für das eigentliche Endprodukt. Rapid Prototypes helfen Ihrer Vorstellungskraft, die reale Reaktion physikalischer Objekte auf verschiedene Situationen und deren Lösungen zu sehen. Wer mit Rapid Prototypes scheitert, wird mit dem finalen Roboter erfolgreich sein.