So hat sich die Robotik und Greiftechnik 2018 verändert

Auch wenn pneumatische Komponenten in der allgemeinen Automatisierung weiter wichtig sind, geht der Trend vor allem in der Robotik eindeutig in Richtung Mechatronik. Nicht nur bei den Manipulatoren, den Roboterarmen selbst, sondern auch bei den End of Arm Tools, vor allem den Greifern. Dem tragen auch die großen Hersteller von Handlingsystemen Rechnung: Schmalz hat in der klassischen Drucklufttechnik Venturi-Greifer, geht aber ebenso den Weg zu mechatronischen Systemen mit elektrischen Antrieben und elektrischer Vakuumerzeugung. „Uns geht es bei den mechatronischen Systemen weniger um die Energieeinsparung, sondern darum, Greifer intelligenter und mobiler für den Einsatz in der kollaborativen Robotik zu machen“, erklärt Walter Dunkmann, Leiter des Geschäftsbereichs Automation bei Schmalz. „Wir sehen hier keinen Verdrängungswettbewerb, sondern eine Koexistenz der Systeme und bauen nach wie vor pneumatisch aktivierte Greifer und Endeffektoren.“

Ein weiterer Trend sei der Wechsel auf die 24-Volt-Versorgungsspannung. Das reduziere die Verkabelung gegenüber elektrisch angetriebenen Aktoren im Spannungsbereich über 400 Volt und die Investitionskosten für die Gleichstrom-Module. Schon vorhandene pneumatische Module lassen sich einfach und steuerungsneutral durch 24-Volt-Module ersetzen und über IO-Link verbinden. Dieses Kommunikationssystem wurde direkt zur Anbindung intelligenter Sensoren und Aktoren geschaffen. Es bietet mit der IO Device Description (IODD) die Möglichkeit, gerätespezifische Parameter für jedes einzelne Gerät zu hinterlegen.

Walter Dunkmann von Schmalz erläutert: „Für den Befehl ‚Greife dieses Bauteil!‘ braucht der Anwender nicht mehr vorzugeben, mit welchem Unterdruck, mit welcher Haltekraft und mit welchem Volumenstrom der Griff zu erfolgen hat, das macht das Gerät intrinsisch. Damit haben wir schon einen Teil der Intelligenz in den Endeffektor integriert.“ Auch Zimmer setzt auf IO-Link – bei elektrisch und bei pneumatisch angetriebenen Greifern.

Damit ist die Entwicklung der Greifer aber noch lange nicht am Ende. „Wir gehen davon aus, dass sich das industrielle Greifen grundlegend verändern wird“, erklärt Prof. Markus Glück, Geschäftsführer Forschung & Entwicklung bei Schunk. „In einigen Jahren werden wir dem Roboter nur noch mitteilen, wo ungefähr ein Werkstück liegt und die Information mit dem Bild des digitalen Zwillings verknüpfen. Der Greifer wird Kollisionen vermeiden, er weiß, wie Werkstücke zu greifen sind und im Zusammenspiel mit dem übergeordneten Handhabungssystem kann er die Greifstrategie entwickeln.“

Mit der Co-Act-Produktlinie bietet Schunk bereits heute DGUV-zertifizierte Greifer, die ein schutzzaunloses und sicheres gemeinsames Wirken von Mensch und allen gängigen Assistenzrobotern ermöglichen. Die im Co-act-JL1-Greifer verbaute Sensorik etwa registriert Annäherungen von Menschen und ermöglicht eine situationsabhängige Reaktion, ohne dass Mensch und Roboter sich berühren.

Sensorik wird in Greifer immer wichtiger, nicht nur wegen der Mensch-Roboter-Kollaboration, sondern auch, damit Roboter Tätigkeiten übernehmen können, die bisher Menschen vorbehalten waren, weil sie taktile Sensibilität erfordern.

Zwar sind bei den Greifern für kollaborative Roboter vor allem elektrische Geräte en vogue, jedoch hat sich hier als Sonderform der Pneumatik das Vakuumgreifen einen Platz gesichert. Allerdings oft mit lokaler Vakuumerzeugung, sodass keine zusätzliche Pneumatikleitung an den Roboterarm geführt werden muss. Dabei ist hohe Integration angesagt: Schmalz hat für einen Kunden einen Endeffektor mit elektrischer Vakuumerzeugung zusätzlich auch in die Steuerung des kollaborativen Roboters integriert. Der Bediener steuert über das Bedienpanel also nicht nur den Roboter, sondern auch den passenden Greifer.

Der Strömungsgreifer SCG zum Beispiel ist speziell für die automatisierte Handhabung von empfindlichen Elektronikbauteilen entwickelt. Er erzeugt einen hohen Volumenstrom für ein sicheres und feinfühliges Handling. Das Vakuum wird in kürzester Zeit aufgebaut und ermöglicht somit schnelle Handhabungszyklen. Der SCG bewegt die Bauteile auch bei geringem Belegungsgrad der Saugfläche zuverlässig, etwa wenn Leiterplatten Öffnungen aufweisen. Anwender profitieren von geringen Betriebskosten: Der Greifer liefert eine hohe Leistung bei minimalem Luftverbrauch. Er hat ein Saugvermögen bis 590 Liter pro Minute und arbeitet bei einem Betriebsdruck zwischen ein und fünf bar.

Der Strömungsgreifer ist anschlussfertig konstruiert, mit Abmessungen von 55 x 70 Millimeter kompakt gebaut und besitzt eine integrierte Vakuum-Erzeugung. Dadurch entfallen zusätzliche Verschlauchungen – die Montage ist ohne großen Aufwand sowohl seitlich wie auch axial möglich. Der Sauger des Strömungsgreifers besteht aus dem Nitrilkautschuk Perbunan: Dieses Material ist antistatisch und leitet potenzielle elektrische Ladungen ab, die die sensiblen Elektronikbauteile beschädigen könnten.

Im Bereich des kollaborativen Handlings bietet Schmalz einen Seilbalancer, mit dem sich manuelle Hebeaufgaben teilautomatisieren lassen. Das intelligente Handhabungssystem ermöglicht schnelle Aufnahmen und Verfahrwege ebenso wie ein exaktes Ablegen, zum Beispiel bei Füge- oder Montageprozessen. Lasten von bis zu 80 Kilogramm lassen sich bewegen und mit wenig Kraftaufwand abbremsen, ohne Gefahr des Überschwingens der Last. Über eine Software können Aufnahme- und Ablagepunkte sowie Arbeitsräume und Fahrgeschwindigkeiten definiert werden. Der Anwender kann das kollaborative Handhabungssystem über den Bediengriff intuitiv und einhändig in allen Raumdimensionen führen. Der Seilbalancer ist mit einer Auslegerlänge von drei bis 4,5 Metern sowie einer Kransäule von zwei bis vier Metern Höhe lieferbar.

Dank automatischer Greifererkennung weiß der Seilbalancer, welche Art von Greifer angeschlossen ist. Er liest die entsprechenden Parameter automatisch aus – beispielsweise geleistete Betriebsstunden, die maximale Last oder angegebene Sicherheitsgrenzwerte der Greifer. Schmalz hat das neue Handhabungssystem auf die wachsenden Anforderungen der Digitalisierung ausgelegt: Ausgestattet mit verschiedenen Sensoren erfasst er Zustands- und Performancedaten, die bei der Integration in eine digitale Prozesslandschaft zur Verfügung gestellt werden können. Damit sind Condition Monitoring, Predictive Maintenance, Remote Monitoring und das Auslesen von Betriebsdaten und -zuständen zur Optimierung des Gesamtsystems möglich.

Viele dieser Produkte waren auch auf der Automatica zu sehen. Sie war zusammen mit der Motek für die beiden Themen Greifer und Robotik die interessanteste Messe. Vor allem die Cobots zogen die Fachbesucher in ihren Bann. Viele von ihnen sind nun praxistauglich. Mit dabei war auch der pneumatische Bioniccobot von Festo. Er ist aufgrund seiner natürlichen Bewegungsmuster und der nachgiebigen Pneumatik besonders geeignet für eine gefahrlose Mensch-Roboter-Kollaboration. Die Sprachsteuerung, in Kombination mit maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz unterstützt die Zusammenarbeit.

Eine magnetisch-pneumatische Lösung zeigt Goudsmit Magnetics mit einer Kombination aus einem magnetischen Timing-Belt, einem Spreizmagneten und einem Magnetgreifer. Die Einheit trennt Stahlbleche, hebt sie hoch und legt sie in eine Presse ein.

Auf der Motek zeigte Schunk eine Technologiestudie zur smarten Pneumatik. Konkret ging es dabei um Pneumatikgreifer, die Flexibilität und Zustandskontrolle vereinen, ohne dass wie bisher externe Ventilboxen und Sensoren benötigt werden, denn all dies haben die Greifer integriert. Geregelt werden sie per IO-Link. Henrik Schunk, geschäftsführender Gesellschafter kündigt an: „Smarte pneumatische Greifer werden die Vielseitigkeit des mechatronischen Greifens auf die leistungsdichte Welt der Pneumatik übertragen.“ Ab Mitte 2019 will das Unternehmen die ersten Parallel- und Zentrischgreifer mit smarter Pneumatik als Katalogware anbieten.

Zu den Greifern, die 2018 neu auf den Markt kamen, gehören unter anderem die pneumatischen Drehgreifer DG 20 von Afag. Sie eignen sich bei begrenztem Bauraum für anspruchsvolle Aufgaben in der Kleinteile-Handhabung. Die Aktuatoren DG 16-W und DG 20-W können Werkstücke nicht nur greifen, sondern auch wenden. Während der DG 16 für ein maximales Massenträgheitsmoment von 0,5 Kilogramm pro Quadratzentimeter ausgelegt ist, weist sein großer Bruder, der DG 20, ein maximales Massenträgheitsmoment von 3,5 Kilogramm pro Quadratzentimeter auf. Der DG 16 und der DG 20 bestehen aus einem Dreh-Greifantrieb sowie einem drehbaren Zangenkopf. Auf vier Seiten des Grundkörpers befinden sich Pneumatik-Anschlüsse, an die der Nutzer nach Bedarf die Druckluftversorgung andocken kann. Beide Greifer lassen sich vertikal und horizontal einbauen. Die Drehwinkel betragen standardmäßig 180 Grad.

Für die Mensch-Roboter-Kollaboration ist seit diesem Jahr der Flächengreifer Unigripper Co-Light in Deutschland erhältlich. Den Vakuum-Flächengreifer hat das schwedische Unternehmen Tepro Machine & Pac System entwickelt. Er wird hierzulande von Fluidtechnik Bückeburg vertrieben. Durch die Fertigung im 3D-Druck wiegt die Komponente 30 Prozent weniger als das Vorgängermodell. Das System erkennt selbständig, in welchen Bereichen sich ein Produkt unter dem Greifer befindet. Nur an diesen Stellen wird der volle Vakuumfluss freigegeben. Deshalb können mit dem Flächengreifer Waren unterschiedlicher Größe gehandelt werden. Die Co-Light-Variante hat einen zusätzlichen Vakuum-Regler, der die Quetschgefahr für den Arbeiter verringert. Durch sein geringes Gewicht erreicht er höhere Taktzahlen.