Ursprüngliches Modell des Greifers

Ursprüngliches Modell des Greifers Fraunhofer IPA/Robomotion

Jeder Roboter ist für bestimmte Traglasten ausgelegt. Bringt dann der Greifer noch ein hohes Eigengewicht mit, kann der Roboter weniger beziehungsweise keine schweren Teile bewegen. Ein leichteres Bauteil lässt sich außerdem besser beschleunigen, was den Energieverbrauch senkt. Neben dem geringeren Gewicht wollten die Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Kooperation mit dem Unternehmen Robomotion auch den Montageaufwand des Greifers verringern. „Beim ursprünglichen Greifer musste man viele Schrauben aufdrehen, um ihn zu wechseln. Wir wollten deshalb auch einen neuen Adapter integrieren, den man mit nur einem Handgriff ab- und anmontieren kann“, erklärt Projektleiter Jochen Burkhardt vom Fraunhofer IPA.

Materialkosten sparen

Ergebnis der Topologieoptimierung

Ergebnis der Topologieoptimierung Fraunhofer IPA/Robomotion

Für die Topologieoptimierung untersuchten die Forscher mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) die Belastungen am Bauteil. Diese Analyse ergab, welche Bereiche nur gering beansprucht werden und sich daher verschmälern lassen. Zwingend benötigte Elemente, wie die Luft- und Vakuumkanäle und die Anschlussplatte für die Roboteranflanschung, markierten die Mitarbeiter am IPA als Non-Design-Areas und schlossen diese vom Optimierungsprozess aus. Im Zuge der Untersuchung stellten sie fest, dass beim Flansch des Greifers und dessen Strömungskanälen Aussparungen möglich sind.

Der Greifer vor (hinten) und nach (vorne) der Optimierung

Der Greifer vor (hinten) und nach (vorne) der Optimierung Robomotion

Nach einem optimierten Designvorschlag führten die Wissenschaftler eine zweite FEM-Analyse ihres Modells durch. „Dabei hat sich gezeigt, dass die Spannungen und Verformungen trotz Materialeinsparungen konstant bleiben“, betont Burkhardt. Das überarbeitete Greifer-Modell wurde mittels 3D-Druck produziert. Als Baustoff diente, wie beim Original, ein leichtes und trotzdem stabiles Polyamid (P12). „Mit der neuen Konstruktion sparen wir sogar Materialkosten“, ergänzt Burkhardt.

Flansch für schnellere Konfiguration

Optimierter Greifer mit neuem Flansch

Optimierter Greifer mit neuem Flansch Fraunhofer IPA/Robomotion GmbH

Der neue Greifer wiegt nun mit circa 150 g 60 % weniger als sein Vorgängermodell. Aufgrund der Ersparnis war es den Wissenschaftlern möglich, einen etwas schwereren Schnellwechsel-Adapter zu integrieren. „Jetzt muss man nur noch einen Klemmverschluss öffnen, um den Greifer am Roboterarm zu montieren“, erklärt Burkhardt. Die Erkenntnisse der Topologieoptimierung kann Robomotion für weitere Greifer verwenden. „Im Projekt wurde ein achtfacher Greifer optimiert – die Maßnahmen lassen sich aber auch bei einem vierfachen Greifer realisieren“, so Burkhardt. Seiner Meinung nach zeige das Projekt, dass sich die Topologieoptimierung sogar bei sehr leichten Bauteilen noch lohnt.