Diese Greifsysteme ermöglichen wandlungsfähige Roboter

Die Losgröße eins stellt Hersteller von Handhabungssystemen vor die Aufgabe, entsprechende Lösungen für den Greifprozess ständig wechselnder, unterschiedliche oder nicht formstabile Teile zu entwickeln. „Als Lösungen bieten sich One-for-all-Systeme an, die schnell und ohne konstruktiven Aufwand an verschiedene Werkstücke angepasst werden können oder als Alternative Plug-and-Work-Systeme, die einen schnellen Wechsel werkzeuglos zulassen“, sagt Dr. Kurt Schmalz, Geschäftsführender Gesellschafter des gleichnamigen Unternehmens. Mit digitalen Modelle von Greiferprofilen, Endeffektoren und Steuerungen und einer intuitiven Bedienung lassen sich Greifer deutlich schneller integrieren.

Und Kommunikationsschnittstellen wie IO-Link oder Ethernet machen Greifer und Vakuumerzeuger sichtbar in der digitalen Umgebung. Smart Field Devices mit einer NFC-Schnittstelle (Near Field Communication) lassen sich über mobile Endgeräte parametrieren. Den Nutzen der Digitalisierung auf Komponentenebene für Vakuum-Anwendungen zeigt beispielhaft der Blick in das Kompaktterminal SCTSi von Schmalz. Dieses fasst bis zu 16 einzelne Vakuum-Erzeuger zu einer platzsparenden Einheit zusammen, die lediglich über einen Strom- und einen Druckluftanschluss verfügt. Durch diese Bündelung können gleichzeitig unterschiedliche Teile unabhängig voneinander gesteuert werden. Der bidirektionale Datenaustausch via IO-Link macht den Prozess transparent und realisiert die Energieverbrauchskontrolle und andere Diagnosefunktionen.

Digitale I/O-Interfaces, IO-Link sowie industrielle Ethernet- und Bus-Schnittstellen sind die drei wesentlichen Kommunikationsschnittstellen für Handhabungsgeräte. Vor allem Greifsystemkomponenten mit IO-Link- oder industriellen Ethernet-Schnittstellen für Profinet, EtherCAT und EtherNet/IP gewinnen neben den seit Jahren etablierten Busschnittstellen Profibus und CAN an Relevanz. Wer lediglich ein Werkstück greifen möchte und keine weiteren Anforderungen an den Greifprozess stellt, kann auf pneumatisch oder elektrisch angesteuerte Greifer mit digitalen I/O zurückgreifen. Damit reduzieren sich der Inbetriebnahmeaufwand, die Komplexität der Ansteuerung und nicht zuletzt auch das Investitionsvolumen. Für Anwendungen, bei denen Zwischenpositionen erforderlich sind, kommen Greifer mit IO-Link in Frage. Greifer mit industriellen Ethernet-Schnittstellen haben vor allem dann ihre Berechtigung, wenn eine Echtzeitregelung realisiert werden soll, eine spezielle Referenzierung erforderlich ist oder Prozessdaten erfasst werden müssen. Zentrales Element in der mobilen Robotik werde demnächst das Erfassen des zu greifenden Teils in seiner Position, Abmessung und Oberflächenbeschaffenheit sein, betont Kurt Schmalz und bestätigt, dass „je wandlungsfähiger die Roboter werden, desto flexibler müssen auch die Greifer werden.“ Was letztendlich auch die Handhabungssysteme immer intelligenter macht.

Mit entsprechenden Vision-Systemen kann der Greifer auch über Gut- und Schlechtteile entscheiden und die Qualität des Bauteillieferanten bewerten. „Die smarte Greiftechnik ist ein Muss, denn immer mehr Anwender fordern höchste Präzision, Sicherheit und Prozesskontrolle im Greifprozess sowie einfach gestaltete Programmierung und Integration“, ergänzt Dr. Karsten Weiss, Geschäftsführer von Weiss Robotics. Das Greifsystem von morgen überwacht permanent den gesamten Prozess und schickt diese Daten sofort über IO-Link oder Ethernet an die Prozesssteuerung oder an ein übergeordnetes Cloud-System. Durch die Möglichkeit zur Änderung der Parametrierung im laufenden Betrieb bleibt das Robotersystem höchst flexibel.

„Eine der zentralen Herausforderungen für intelligentes Greifen ist, die Kraftanforderungen der Pneumatikwelt bestmöglich mit den Vernetzungsmöglichkeiten und Steuerungslandschaften einer smarten Fabrik zu kombinieren“, unterstreicht denn auch Prof. Dr.-Ing. Markus Glück, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung CINO bei Schunk. Jüngste Entwicklungen zeigen, dass flexibles Greifen keineswegs nur mechatronisch erfolgen muss. Anhand einer Technologiestudie zur smarten Pneumatik zeigt das Unternehmen wie eine Flexibilisierung pneumatischer Greifsysteme realisiert werden kann. Neben Schunk wollen auch andere Hersteller das maschinelle Lernen für das Greifen nutzen. „Ähnlich dem Menschen werden Greifsysteme künftig lernen und individuell agieren, je nachdem, ob sie voluminöse, schwere, zerbrechliche oder nachgiebige Gegenstände handhaben sollen“, prophezeit Maik Decker, Produkt Manager Handhabungstechnik bei der Zimmer Group. Und Alexander Barth, Sales Manager Europe, Industrial Automation and Robotics bei KEBA bestätigt, dass sich demnächst intelligente Greifer mit ihrer Sensorik an der Steuerung anmelden und dabei gegebenenfalls eine Interaktion zwischen Mensch und Maschine anbieten werden. Damit bekommt der Greifer eine wesentlich zentralere Bedeutung im Gesamtsystem als bisher. Eine wichtige Rolle könnte hier ROS als standardisiertes Open Source Betriebssystem spielen und vielleicht das „Android der Robotik“ werden, so Barth weiter.

Gimatic hingegen sieht das Ganze etwas realistischer: „Natürlich ist es möglich, jede derzeit technologisch umsetzbare Intelligenz in die Greifer zu packen, doch sollte man die Rechnung mit dem Wirt machen. Insbesondere die Automobilbranche setzt weniger auf hyperflexible, denn auf kosteneffiziente Greifer“, sagt Johannes Lörcher, Geschäftsführer Gimatic Vertrieb und weiter: „Aus unserer Sicht wird weitere Intelligenz im Greifer daher in absehbarer Zeit nicht so sehr gefragt sein. Auch sollten wir nicht unterschätzen, dass klassische Industrieanwendungen immer Einzelanwendungen sind, bei denen die Intelligenz bereits im Roboter vorhanden ist. Deshalb werden sich doppelte Kosten für die Intelligenz in Greifer und im Roboter kaum durchsetzen. Wir setzen daher auf offene Systeme, bieten die Schnittstellen an und verbarrikadieren uns so auch nicht. Mit unserem kostengünstigen Starterkit für UR-Anwendungen können Anwender aus unserem breitem Mechatronik-Programm passende und sehr leichte Greifer mit flexiblen Fingern, Startersoftware und offener Schnittstelle zusammenstellen.

Derzeit ist der Robotermarkt sehr dynamisch und von den Themen Leichtbaurobotik, Ergonomie-Entlastung und Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) geprägt. Dies verändert auch das Denken, denn ein einfaches Plug-and-Work, eine intuitive Roboterbedienung oder eine intelligente Handhabung sind nur möglich, wenn sich Komponenten wie Greifsysteme und Roboterarme nahtlos zu einem gesamten Handhabungssystem vereinigen lassen. Beim End-of-Arm-Baukasten von Schunk für die Leichtbauroboter von Universal Robots sind deshalb sämtliche Schnittstellen vom Greifer über das Schnellwechselsystem bis zum Kraft-Momenten-Sensor aufeinander abgestimmt. Zur Motek 2019 zeigt das Unternehmen zudem ein neues intelligentes Auslegungs- und Auswahltool für Greifmodule, das das Engineering von Handling-Systemen stark vereinfachen soll. Die Zimmer Group wiederum sieht einen deutlichen Trend zu mechatronischen Lösungen.

Seine mechatronischen Greifer enthalten bereits systemrelevante Funktionen wie eine Bauteilkontrolle und vieles mehr. Daher bekräftigt Maik Decker: „Einfache Pneumatik-Greiflösungen verzeichnen zwar noch immer ein Wachstum, jedoch werden sie auf Dauer mit den Marktanteilsgewinnen von intelligenten und flexiblen Lösungen nicht Schritt halten können.“ Die Zimmer Group verfügt mit seinen mechatronischen Komponenten über eines der größten Portfolios auf dem Markt. Für das Unternehmen ist es deshalb ein Muss mit allen wichtigen Herstellern von Automatisierungskomponenten zusammenzuarbeiten. „Einige namhafte Automatisierungs- und IT-Anbieter gehen mit eigenen Cloud-Lösungen auf den Markt. Ein Haupt-Trend ist noch nicht ausgemacht. Daher propagiert der VDMA den OPC UA-Standard, welchen wir bereits erfolgreich in Greifern getestet haben“, sagt Decker.

Neben Wireless-Technologien und lokalen Funkverbindungen rückt zunehmend auch die berührungslose Übertragung von Energie und Daten in den Fokus. Zimmer zeigte auf der diesjährigen Hannover Messe eine drahtlose Kommunikation zwischen IO-Link-Greifer und Steuerung im Umfeld der Industrieautomation. „Gerade an der letzten Roboterachse, quasi dem Handgelenk, fehlte bisher eine passende elektrische Schnittstelle für intelligente Greifer. Und externe Energieketten schränkten bisher die Bewegungsfreiheit des Roboters ein. Der intelligente Roboterflansch überträgt jetzt die IO-Link-Daten drahtlos vom Flansch direkt zur Steuerung“, so Decker.

„In fünf Jahren werden Robotergreifer und –sensorik im Rampenlicht stehen, denn kollaborative Leichtbauroboter, derzeit der größte Wachstumstreiber des Robotikmarktes, werden dann ein allgegenwärtiger Gebrauchsgegenstand in der Industrie sein“, prognostiziert Björn Milsch, General Manager D-A-CH & Benelux bei OnRobot. „Wir sehen großes Wachstumspotenzial in Anwendungsbereichen, in denen komplexere Aufgaben automatisiert werden und die gleichzeitig einen feinen Tastsinn erfordern.“ So entwickelte das Unternehmen leicht zu installierende Greiferlösungen sowie einen Quick Changer, der den Werkzeugwechsel am Roboter enorm beschleunigt. Komplexe Anwendungen erfordenr meist auch ein höheres Maß an Sinneswahrnehmungen durch das Robotersystem. Für solche Anwendungen hat OnRobot den RG2-FT entwickelt, der als erster Greifer sowohl fühlen als auch sehen kann. Mit Kraft-Drehmoment-Sensoren in beiden Fingerspitzen sowie einem Näherungssensor eignet er sich vor allem für Präzisionsaufgaben, zum Beispiel in der Feinmontage. Dank der integrierten Software erkennt der Roboter beispielsweise, wenn die Lage eines Werkstücks nicht exakt positioniert wurde und kann sein Verhalten entsprechend anpassen. aru