Hubsäulen von RK Rose+Krieger für die elektrische Höhenverstellung im industriellen Umfeld (Quelle: Rose+Krieger)

Hubsäulen von RK Rose+Krieger für die elektrische Höhenverstellung im industriellen Umfeld (Quelle: Rose+Krieger)

Kleine kollaborierende Roboter (Cobots) sind immer dann gefragt, wenn bei der Automatisierung von Maschinen und Anlagen eine dauerhafte Zusammenarbeit von Menschen und Roboter erforderlich ist. Sie können den Werker in vielerlei Hinsicht unterstützen. Die Bandbreite reicht von einfachen Stand-alone-Lösungen für Materialanreichung und den Abtransport der Fertigteile bis hin zu komplexen Automatisierungslösungen.

Aktionsradius als Kriterium für Cobots

Damit ein kollaborierender Roboter erfolgreich arbeiten kann, sollten vor der Anschaffung einige grundlegende Fragen beantwortet werden. Dazu zählt neben der eigentlichen Aufgabenstellung auch die Frage nach dem Aktionsradius und – daraus resultierend – nach der erforderlichen Anzahl der Antriebsachsen. Dabei lässt sich der Bewegungsspielraum des Cobots auf einfachstem Weg mithilfe von Linearachsen und elektrischen Hubsäulen erreichen. Wie komplex dabei 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 im Sinne der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gewährleistet sein; schließlich haftet der Betreiber persönlich.

Zu den komplexeren Anwendungen von kollaborierenden Robotern, die hohe Anforderungen an zuverlässige Wiederholgenauigkeit und dauerhafte Präzision stellen, zählen unter anderem anspruchsvolle Schweißarbeiten. Eine solche Cobot-Lösung mit großer Reichweite in drei Dimensionen entwickelte das Fraunhofer IEM in Paderborn mit Unterstützung von RK Rose+Krieger aus Minden. Bei der Konzeption eines robotergestützten Handling- und Bearbeitungssystems zum Schweißen zylindrischer Stahltanks übernahm das Team des Fraunhofer IEM Konzeption und Realisierung der Roboterapplikation inklusive der Steuerungs- und Benutzerschnittstellen-Programmierung, der Integration von Regelungsansätzen und des elektrischen Aufbaus. RK Rose+Krieger entwickelte die Lösung zur kugelförmigen Erweiterung des Arbeitsbereichs des Schweiß-Cobots – das Raumportal – auf Basis seines Profil- und Lineartechnik-Baukastens.

Aluminiumprofile aus dem Blocan-Baukasten von RK Rose+Krieger bilden die Basis des Raumportals. Sie lassen sich ohne Bearbeitung montieren und ermöglichen auch nachträglich konstruktive Änderungen. (Quelle: RK Rose+Krieger)
Aluminiumprofile aus dem Blocan-Baukasten von RK Rose+Krieger bilden die Basis des Raumportals. Sie lassen sich ohne Bearbeitung montieren und ermöglichen auch nachträglich konstruktive Änderungen. (Quelle: RK Rose+Krieger)

Synchronisierte Bewegungsachsen erweitern den Arbeitsbereich

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 1500 mm 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 1500 mm. An dieser Linearachse ist der Cobot mit der Bearbeitungseinheit montiert. Das Raumportal erweitert den Arbeitsbereich des kollaborierenden Roboters (Durchmesser max. 2650 mm) um den ansonsten nicht erreichbaren zylinderförmigen Bereich über- und unterhalb seiner Basis. Damit kann er innerhalb der gesamten Portalstruktur ohne jegliche Einschränkung agieren. Die Baugröße von Portal und Achsen lässt sich individuell an die Größe des Cobots und die Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen.

Für das synchrone Verfahren aller Achsen führten die Spezialisten des Fraunhofer IEM die sechs Achsen des Industrieroboters mit den drei Achsen des Raumportals in einer Industriesteuerung zusammen. 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 etwa aufgrund von Materialschwankungen oder Schweißverzug während des Prozesses sensorbasiert kompensiert. Zusätzliche positive Nebeneffekte ergeben sich aus der Steifigkeit des Raumportals, die eine hohe Präzision beim Einsatz des Werkzeugs ermöglicht, und den im Vergleich zu herkömmlichen Industrierobotern deutlich geringeren Kosten.

DE Hubsäulenanbindung zur Höhenverstellung von Cobots

RK Rose+Krieger bietet eine Hubsäulenanbindung zur Höhenverstellung von Cobots an. Diese eignet sich insbesondere für höhenverstellbare Arbeitsplätze, bei denen die kollaborierenden Roboter synchron mitverfahren werden können.

Optimierte Montage

Bei „einfacheren“ Cobot-Lösungen steht häufig die Arbeitsplatzergonomie im Vordergrund. Auch in diesen Fällen lässt sich der Aktionsradius der kleinen Roboter mit Lineartechnik von RK Rose+Krieger erweitern. So können sie mittels Hubsäulen wie dem Powerlift Z elektrisch in der Höhe verstellt werden (Y-Achse). 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, beispielsweise um mehrere Arbeits- oder Ablageplätze miteinander zu verknüpfen. 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 dies neue Montagekonzepte.

Gesteuert werden die Hubsäulen von RK Rose+Krieger über die MultiControl II-Steuerung, die serienmäßig Einschaltdauer, Überstrom und Temperatur als Überlastschutz überwacht. (Quelle: Rose+Krieger)
Gesteuert werden die Hubsäulen von RK Rose+Krieger über die MultiControl II-Steuerung, die serienmäßig Einschaltdauer, Überstrom und Temperatur als Überlastschutz überwacht. (Quelle: Rose+Krieger)

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