Damit ein kollaborierender Roboter erfolgreich arbeiten kann, sollten vor der Anschaffung einige Fragen beantwortet werden. Dazu zählt neben der Aufgabenstellung auch die Frage nach dem Aktionsradius und der erforderlichen Anzahl der Antriebsachsen. Dabei lässt sich der Bewegungsspielraum des Cobots mithilfe von Linearachsen und elektrischen Hubsäulen erreichen. Wie komplex Installation und steuerungstechnische An- bzw. Einbindung in das Produktionsumfeld sein werden, gibt die Aufgabe des Roboters vor. Zudem muss neben der Sicherheit des Cobots an sich auch die Sicherheit sämtlicher Achsen gewährleistet sein.
Robotergestütztes Handling
Zu den komplexeren Anwendungen von kollaborierenden Robotern zählen anspruchsvolle Schweißarbeiten. Eine solche Cobot-Lösung mit großer Reichweite in drei Dimensionen entwickelte das Fraunhofer IEM mit Unterstützung von RK Rose+Krieger. Bei der Konzeption eines robotergestützten Handling- und Bearbeitungssystems zum Schweißen zylindrischer Stahltanks übernahm das Fraunhofer-Team die Konzeption und die Realisierung der Roboterapplikation inklusive der Steuerungs- und Benutzerschnittstellen-Programmierung, der Integration fortschrittlicher Regelungsansätze und des elektrischen Aufbaus. RK Rose+Krieger entwickelte die Lösung zur kugelförmigen Erweiterung des Arbeitsbereichs des Schweiß-Cobots auf Basis seines Profil- und Lineartechnik-Baukastens.
Synchronisierte Bewegungsachsen
Das Grundgerüst des Raumportals besteht aus Blocan-Aluminiumprofilen unterschiedlicher Baugrößen. Es kann auf zwei parallel angeordneten, zahnriemengetriebenen Linearachsen vom Typ RK DuoLine Z 80 Protect über eine Strecke von 1500mm in der Horizontalen verfahren werden. Zwei weitere, ebenfalls parallel verlaufende RK DuoLine Z 80 Protect bilden die Z-Achse des Raumportals. Sie bewegen eine Rollenführungs-Linearachse vom Typ RK MonoLine Z120 vertikal über 1500mm. An der Linearachse ist der Cobot mit der Bearbeitungseinheit montiert. Das Raumportal erweitert den Arbeitsbereich des kollaborierenden Roboters (Durchmesser max. 2650mm) um den ansonsten nicht erreichbaren zylinderförmigen Bereich über- und unterhalb seiner Basis. Damit kann er innerhalb der Portalstruktur ohne Einschränkung agieren. Die Baugröße von Portal und Achsen lässt sich individuell an die Größe des Cobots und die Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen.
Synchrone Verfahren
Für das synchrone Verfahren aller Achsen führte das Team des Fraunhofer IEM die sechs Achsen des Industrieroboters mit den drei Achsen des Raumportals in einer Industriesteuerung zusammen. Für eine reibungslose Kommunikation zwischen Cobot und Raumportal sorgen intelligente Sensoren und Algorithmen. Das Ergebnis sind synchronisierte Bewegungen von Portal und Roboter sowie die einfache Anpassung des Systems an sich ändernde Anwendungsszenarien ohne aufwendige Umbau- und Rüstarbeiten. Zudem werden Abweichungen der Bauteile von der ursprünglichen CAD-Konstruktion während des Prozesses sensorbasiert kompensiert. Zusätzliche positive Nebeneffekte ergeben sich aus der Steifigkeit des Raumportals, die eine hohe Präzision beim Einsatz des Werkzeugs garantiert, und den im Vergleich zu herkömmlichen Industrierobotern geringeren Kosten.
Optimierte Montage
Bei einfacheren Cobot-Lösungen steht häufig die Arbeitsplatzergonomie im Vordergrund. Auch hier lässt sich der Aktionsradius mit Lineartechnik aus dem Produktprogramm von RK Rose+Krieger erweitern. So können sie mithilfe von Hubsäulen wie dem Powerlift Z elektrisch in der Höhe verstellt werden. Linearachsen aus der RK MonoLine- oder RK DuoLine-Baureihe verfahren sie zusätzlich auf der X- und Z-Achse und erweitern so ihre Reichweite im Raum. Denkbar ist auch, den Cobot zusätzlich auf eine Drehvorrichtung zu montieren und ihn so um die Y-Achse rotieren und damit an verschiedenen Orten arbeiten zu lassen. In Verbindung mit höhenverstellbaren Arbeitsplätzen, wie dem RK Easywork, und Pick-to-Light-Systemen eröffnet das neue Montagekonzepte.