Wie sich Sensorik in Greifsysteme integrieren lässt

Bei Sensorlösungen für Handhabung, Montage und Robotik gab es in den letzten Jahren innovative Entwicklungen: Die Sensorik im Bereich pneumatischer Greifsystemen wird immer leistungsfähiger, kompakter und universeller nutzbar. Häufig verschmelzen die Sensoren unmittelbar mit dem Aktor und lassen sich vergleichsweise einfach programmieren.

Schunk verfolgt mit dem C-Nuten-Sensor MMS 22-PI eine gesamtheitliche Strategie. Die Universalsensoren verfügen wahlweise über einen oder zwei frei programmierbare Schaltpunkte und werden über einen Magneten im Innern des Aktors detektiert. Statt vieler unterschiedlicher Sensorvarianten genügen meist einer oder zwei. Im Vergleich zu herkömmlichen Magnetschaltern ist die Einrichtzeit mit dem MMS 22-PI kürzer. Statt die Schaltpunkte mechanisch einzustellen, lassen sich die Sensoren mit einem Teachwerkzeug programmieren. Indem bei Bedarf auch die Ausschaltpunkte definiert werden können, erhöht sich dadurch die Prozessstabiliät. Die Hysterese wiederum ist einstellbar, so dass auch bei sehr kleinen Hüben eine zuverlässige Positionsabfrage möglich ist.

Hysterese in der Regelungstechnik zur Schwankungsbreite

Ähnlich nutzbar ist der analoge Schunk Positionssensor MMS A, der erste und kleinste teachbare Analogsensor, der störkonturfrei unmittelbar in die C-Nut von Greifmodulen integriert werden kann. Mit ihm lässt sich der gesamte Hubbereich des Greifers erfassen, so dass unterschiedlich große Teile detektiert werden. Wo bislang für gewöhnlich mehrere  erforderlich waren, genügt heute der mit einem Durchmesser von 4 Millimeter große MMS-A. Die Oberklasse im Bereich der Positioniersensoren bilden hochauflösende, analoge Sensoren wie der APS-M1, der während der Handhabung eine Teilevermessung mit einer Präzision von bis zu 0,03 Millimetern ermöglicht. Über die SPS lassen sich bei ihm beliebig viele Schaltpunkte definieren und damit beliebig viele Teile beziehungsweise Toleranzbereiche unterscheiden.

Der MMS-22-IO-Link erweitert die Diagnoseoptionen der pneumatischen Universalgreifer PGN-plus-P sowie der pneumatischen Kleinteilegreifer MPG-plus. Auch er wird in der C-Nut platziert. Der IO-Link generiert weitere Daten, beispielsweise die Zyklenzahl, die Auswertungsqualität oder die Sensor-ID. Damit bildet der Katalogsensor die Speerspitze für ein neues Datenverständnis beim Greifen.

Smarte Handhabungsmodule, wie der Schunk EGL schaffen die Voraussetzungen für eine Vollintegration von Produktionsanlagen im Fertigungsumfeld und deren Anbindung an Cloud-basierte Ökosysteme. In Technologiestudien sammeln Inline-Messsysteme beim sogenannten Smart-Gripping-Daten und werten diese mithilfe der in den Greifer integrierten Edge-Technologie umgehend aus. Jeder einzelne Prozessschritt wird detailliert überwacht und beispielsweise an die Anlagensteuerung, an das übergeordnete ERP-System, aber auch an Analyse-Datenbanken und Cloud-Lösungen weitergegeben. Auf diese Weise sind Greifer in der Lage, systematisch Informationen über das gegriffene Bauteil, den Prozess und auch über die Komponenten zu erfassen, zu verarbeiten und entsprechende Reaktionen auszuführen. Sie ermöglichen damit eine Closed-Loop-Qualitätskontrolle und die unmittelbare Überwachung des Produktionsprozesses im Fertigungstakt. Im Rahmen einer Sensorfusion können mehrere Sensoren parallel eingesetzt und deren Messwerte verknüpfend analysiert werden, um aktuelle Systemzustände der Greifer sowie der Zugriffssituation zu bewerten.

Auch in der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ermöglicht der intelligente Einsatz von Sensoren in Greifsystemen Fortschritte: Mit dem Großhubgreifer EGL-C zeigt Schunk, wie sich eine Kraftmessung mit einer Wegmessung kombinieren lässt: In die Grundbacken integrierte Kraftmessbacken sowie Inkrementalgeber überwachen permanent die Greifkraft sowie die Position der Greiferfinger. Bis zu einer theoretischen Distanz von 4 Millimetern zum geteachten Werkstück ist die Greifkraft auf 30 Newton begrenzt.

Kommt es in dieser Annäherungsphase zu einer Kollision, etwa mit der Hand des Bedieners, geht der Greifer sofort in den sicheren Halt. In der zweiten Phase der Greifprozedur, also bei einer Werkstückdistanz <4 Millimeter, fahren die Finger mit der frei definierbaren Maximalkraft von bis zu 450 Newton zu. Misst das System in dieser Schließphase eine Nachgiebigkeit, etwa weil ein zu kleines Werkstück gegriffen wird, das der Bediener gerade per Hand entfernen will, stoppt auch diese Bewegung automatisch. Gleiches gilt, wenn die erwarteten Werkstückmaße um zwei Millimeter überschritten werden, weil beispielsweise kein Teil vorhanden ist. In der dritten Phase schließlich detektiert der Greifer, ob das Teil sicher gegriffen ist und aktiviert die integrierte Greifkrafterhaltung, indem das System die Bremse verspannt. So kann das gegriffene Teil auch bei einem Not-Aus nicht verloren gehen. Zudem ist bei einem Stromausfall keine erneute Referenzierung erforderlich.

Künftig sollen sich Aufgabenstellungen für die gesamte kinematische Kette bestehend aus Roboter und Greifer automatisieren lassen, ohne dass diese Schritt für Schritt programmiert werden müssen. Der Schlüssel für dieses autonome Greifen ist der Einsatz Künstlicher Intelligenz sowie die parallele Nutzung unterschiedlicher Sensoren. So werden in einer Pilotanwendung zufällig angeordnete Teile über eine Kamera identifiziert, autonom aus einer Transportbox gegriffen und einem Bearbeitungsprozess zugeführt. Die ermittelten Informationen zum Bauteil gibt das System an nachfolgende Stationen weiter, so dass beispielsweise ein intelligenter Kraftspannblock in die Lage versetzt wird, seinen Hub und die Greifkraft automatisch auf das folgende Teil abzustimmen. Der Greifer, so die Idee, wird also nicht nur greifen, sondern im Zusammenspiel mit 2D- und 3D-Kameras die komplette Greifplanung übernehmen, den Prozess sensorisch überwachen und mit vor- und nachgelagerten Komponenten kommunizieren. Schunk will die unterschiedlichen Anforderungen smarter Greifer samt Zubehör sowohl in der Serie als auch bei individuellen Lösungen im Bereich der Parallelgreifer oder Winkelgreifer, in weiteren innovativen Projekten aufgreifen.