Hand-in-Hand-Greifer

Titel

Sicherheitsgreifer. Mensch-Roboter-Kollaboration erfordert intelligente und sichere Greifer. In seinen Technologiestudien zeigt Schunk, worauf es bei MRK-fähigen Aktoren ankommt, welche Mindeststandards erfüllt sein müssen und was heute schon möglich ist. Mit dem Co-act Gripper JL1 setzt Schunk einen neuen Benchmark.

30. September 2016

Als Schunk vor rund zwei Jahren das weltweit erste zertifizierte Safety-Greifsystem präsentierte, war abzusehen, dass es bald weitere Neuheiten in diesem Bereich geben wird. Ralf Steinmann, Geschäftsbereichsleiter Greifsysteme bei Schunk, hatte bereits damals die barrierefreie Kollaboration von Mensch und Roboter als Zielfoto für die Produktion der Zukunft definiert. Nur 24Monate später lassen die Entwicklungsingenieure mit den Technologiestudien der Co-Act Gripper Taten folgen. Diese sollen das Potenzial in sich tragen, das Greifen in eine neue Dimension zu katapultieren.

Dabei bleibt Schunk dem Erfolgsprinzip des modularen Greiferbaukastens treu. Anwender sollen auch künftig maßgeschneiderte Lösungen aus dem Standard realisieren können, ohne dass es zu einem teuren Over-Engineering kommt. In getrennten Arbeitsräumen, in denen pneumatische Module seit Jahren etabliert sind, sollen diese auch künftig ihren Dienst tun. Bewährte Komponenten wie das Flaggschiff PGN-plus werden daher konsequent weiterentwickelt und technologischen Updates unterzogen. So verfügt der neue Schunk PGN-plus, der ganz aktuell an den Start geht, über ein vergrößertes Stützmaß zwischen den sechs lasttragenden Schultern der patentierten Vielzahnführung, wodurch noch höhere Momente aufgenommen und längere Finger eingesetzt werden können.

Darüber hinaus sorgt eine Dauerschmierung über durchgängige Schmierstofftaschen in der Vielzahnführungskontur dafür, dass die Greifer unter normalen, sauberen Einsatzbedingungen lebenslang wartungsfrei sind. Und last but not least ermöglicht eine vergrößerte Fläche des Antriebskolbens noch höhere Greifkräfte. Zudem überträgt Schunk das Leistungspaket seines pneumatischen Alleskönners mit dem neuen PGN-plus Elektrisch auf die Welt der mechatronischen Greifsystemkomponenten.

Sicherheit garantiert

Rücken die Arbeitsräume von Mensch und Roboter näher zusammen, indem etwa Bediener die Anlage betreten, um Fehlteile zu entnehmen, Teilespeicher zu bestücken oder Störungen zu beheben, ermöglichen die Safety-Greifsysteme EGN und EZN in Kombination mit dem Regler ECM und dem Safety-Modul ECS die Funktionalitäten SLS, SOS und STO. Im Zusammenspiel mit Trittmatten, Türschaltern, Lichtvorhängen oder 3D-Kameras zur Raumüberwachung können abgestufte Schutzzonen definiert werden, ohne dass der Produktionsprozess bei zu engem Mensch-Maschinen-Kontakt durch Notabschaltungen komplett unterbrochen wird.

Stattdessen gehen die Greifer je nach aktivierter Schutzzone entweder in eine sicher limitierte Geschwindigkeit oder in einen sicheren Betriebshalt. Im sicheren Betriebshalt werden die Greifer kontinuierlich bestromt, so dass gegriffene Teile auch ohne mechanische Greifkrafterhaltung zuverlässig gehalten werden. Sobald die Schutzzone wieder freigegeben ist, schalten sie verzögerungsfrei unmittelbar in den regulären Betriebsmodus zurück, ohne dass die Anlage neu angefahren werden muss.

Wo eine Vollautomatisierung von Produktions- oder Montagelinien nur bedingt wirtschaftlich umsetzbar ist oder menschliche Fähigkeiten für den Prozess unabdingbar sind, werden Teilprozesse herausgelöst und künftig immer stärker zwischen Mensch und Roboter aufgeteilt. Dabei übernehmen autonom operierende Cobots, also Roboter, die im unmittelbaren Umfeld des Menschen eingesetzt werden, solche Aufgaben, die ergonomisch ungünstig oder besonders eintönig sind. Als intelligente Hebe- oder Positionierungshilfe beispielsweise reduzieren sie die physische Belastung des Menschen und sorgen innerhalb der Prozesskette für eine hohe Effizienz.

Verglichen mit einer Vollautomatisierung sinkt bei der Hand-in-Hand-Arbeit von Mensch und Roboter der Platzbedarf und der Prozess lässt sich wesentlich flexibler gestalten. Vor allem im Bereich der Montageanwendungen wird die Zahl robotergestützter Assistenzsysteme nach Ansicht der Spezialisten von Schunk daher rasant zunehmen.

Je enger Mensch und Roboter zusammenarbeiten, desto höher sind die Sicherheitsanforderungen. Genügt in der untersten Stufe, also bei getrennten Arbeitsräumen, eine Risikobeurteilung nach DIN EN ISO 12100 und für den Bereich der funktionalen Sicherheit eine Zertifizierung der Maschinensicherheit nach DIN EN ISO 13849, müssen bei der unmittelbaren Mensch-Roboter-Kollaboration zusätzlich die Schutzprinzipien der DIN EN ISO 10218-1/-2 und DIN EN ISO/TS 15066 berücksichtigt werden.

Genau hierfür steht die Co-act-Gripper-Familie. Bereits in der Basisstufe soll diese künftig die drei zentralen Forderungen einer sicheren Mensch-Roboter-Kooperation erfüllen: Sie verlieren nie das gegriffene Objekt, sie erkennen immer einen Kontakt mit dem Menschen und sie verletzen unter keinen Umständen jemandem beim Greifen.

Mit Unterstützung unterschiedlicher Sensoren kann der Greifprozess in Echtzeit angepasst werden. Situations-, Umgebungs- und Einsatzbedingungen werden über mehrere »Sinne« aufgenommen, bewertet und kommuniziert. So sind die Co-act Gripper künftig in der Lage, alle relevanten Prozess- und Umgebungsdaten an die Steuerungs- und Produktionssysteme zu übermitteln. Dabei stehen die Prozessoptimierung, der intelligente Materialfluss und die ständige Dokumentation im Fokus.

Typisch für Schunk: Die Module der Co-act Reihe sind herstellerunabhängig konzipiert und auf allen relevanten MRK-Robotern einsetzbar.

Unmittelbarer Kontakt

Wohin die Entwicklung geht, verdeutlich der Schunk Co-act Gripper JL1, der erste intelligente MRK-Greifer, der unmittelbar mit dem Menschen interagiert und kommuniziert. Ganz bewusst hat Schunk für den Technologieträger die Initialen des Markenbotschafters Jens Lehmann gewählt. Wie kein anderer steht der Weltklassetorhüter für sicheres, präzises Greifen und Halten.

Kennzeichnend für den JL1 sind insgesamt fünf Merkmale: Erstens ein sicherer Antrieb, der ein breites Greifkraftspektrum ermöglicht und zugleich die funktionale Sicherheit gewährleistet. Bei einer Prozessunterbrechung ist also stets dafür gesorgt, dass das gegriffene Teil zuverlässig gehalten wird. Zweitens eine Umfeld-Sensorik, die die Umgebung des Greifers erfasst. Drittens eine Software, die die Signale der Sensoren auswertet und verarbeitet. Viertens eine Begrenzung der Greifkraft, die unmittelbar dann erfolgt, wenn es zu einem unerwünschten Kontakt mit dem Menschen kommt. Und fünftens eine harmonische Außenkontur ohne scharfe, spitze oder schneidende Kanten.

Ob weiche Hülle, fließende Formgebung, Schutz vor Werkstückverlust oder Kommunikationsinterface über ein in den Greifer integriertes LED-Panel: Schunk zeigt mit dem Co-act Gripper JL1, worauf es in MRK-Anwendungen ankommt. Mithilfe eigens entwickelter Greifstrategien und Kraftmessbacken in den Fingern kann der Greifer sein Verhalten in Echtzeit darauf abstimmen, ob das Werkstück oder womöglich eine menschliche Hand gegriffen wird – angesichts seiner hohen Greifkraft keine unwesentliche Entscheidung.

Mechanisch ermöglicht der Greifer sowohl einen Parallel- als auch einen Winkelgriff, wodurch er in der Lage ist, unterschiedliche Objekte zuverlässig zu handhaben. Abgestimmt auf die jeweilige Anwendung werden Anlagenplaner und Anwender künftig ein komplexes Zusammenspiel unterschiedlicher Sensoren und Sicherheitsmechanismen nutzen können. Kraftmessbacken und eine visuelle Überwachung mittels Kamera zählen ebenso dazu wie Häute aus taktilen und kapazitiven Sensoren oder eine strombasierte Kraftregelung.

Ähnlich wie beim Menschen, der in der Regel mehrere Sinne kombiniert, um eine Situation zu bewerten, ermöglicht beim Co-act Gripper JL1 eine sensorische Aura die redundante Wahrnehmung der Umwelt. Eine spezielle Software bündelt die unterschiedlichen Informationen aus den einzelnen Sensorquellen und leitet daraus die korrekte Information ab. Via OPC-UA-Schnittstelle ist der Greifer darüber hinaus in der Lage, mit dem Roboter sowie mit der übergeordneten Anlagensteuerung zu kommunizieren. Damit schafft er die Voraussetzung für eine flexible Prozessgestaltung im Sinne der Industrie 4.0.

Direkte Kommunikation

Zugleich fungiert der Greifer als direktes Kommunikationsmittel der Anlagensteuerung zum Bediener: Über LED-Leuchten und eine entsprechende Farbsystematik informiert er darüber, ob die Anlage betriebsbereit oder das korrekte Werkstück gegriffen ist. Die Identifikation der Bauteile kann je nach Anwendung wahlweise über definierte Arbeitsräume, RFID oder visuelle Codes erfolgen. Ein integrierter Touchscreen ermöglicht darüber hinaus die unmittelbare Kommunikation mit dem Greifer sowie das Teachen oder Umschalten in verschiedene Betriebsarten.

Auf Basis des Technologieträgers wird Schunk nun im Feinschliff die einzelnen Standardmodule der Co-act-Gripper-Familie entwickeln. Bis das Standardprogramm auf den Markt kommt, kann das Unternehmen bereits jetzt individuell auf die jeweilige Anwendung abgestimmte MRK-Greifer als kundenspezifische Lösung liefern.

Speziell dafür hat Schunk ein interdisziplinär zusammengesetztes Co-act-Team gebildet mit eigens zu diesem Zweck ausgebildeten Spezialisten aus den Bereichen Konstruktion, Produktmanagement, Montage und Vertrieb. Das Spezialistenteam gewährleistet unabhängig vom eingesetzten MRK-Roboter eine enorme Kompetenzdichte zum Thema kollaboratives Greifen. Es ermöglicht eine schnelle und zielgerichtete technische Umsetzung sowie eine aktive Unterstützung bei der Risikobeurteilung. mk

Erschienen in Ausgabe: 07/2016