Module

Greifer Roboter spielen in Industrie und im Dienst am Menschen eine immer größere Rolle. Aber kostengünstig müssen sie sein, auch das Zubehör. Da kommen Module genau richtig.

30. März 2007

In den 80er- und 90er-Jahren stand der Roboter mächtig, gewaltig und unbeweglich in der Fabrikhalle. Heute fassen Automatisierer den Begriff Roboter sehr viel weiter. Sie sind vielfach automatische Helfer und greifen, krabbeln, klettern, laufen oder fahren. Selbst automatische Spürnasen im Internet tragen die Bezeichnung Roboter. Anders als diese virtuellen Vertreter der neuen Gattung sind moderne Roboter greifbar und aus klar unterscheidbaren Komponenten aufgebaut wie Gelenken, Armen, Beinen, Greifern und mobilen Plattformen. Ein Roboter besteht aus mechanischen, elektronischen und informationstechnischen Teilsystemen, der Planer muss sie in sinnvoller Weise miteinander verknüpfen. Erst die sinnvolle, an den Anforderungen der jeweiligen Aufgabe ausgerichtete Kombination der Teilsysteme führt zu Gesamtsystemen, die ihre Aufgaben zuverlässig erfüllen können.

Modularität senkt Kosten

Das Zauberwort heißt auch in diesem Fall Modularität. Der Aufbau leistungsfähiger und wirtschaftlicher Robotersysteme setzt miteinander kombinierbare mechatronische Module und Komponenten voraus. Für den Anwender ist es unabdingbar, Schwenkeinheiten, Greifsysteme sowie integrierte Sensor- und Steuerungstechnik aus einem kompletten Baukasten auswählen zu können. Für den Hersteller ist es erforderlich, die einzelnen Komponenten in möglichst großer Stückzahl zu produzieren. Nur so sind Robotersysteme kostengünstig genug. Die individuelle Anpassung an die jeweilige Aufgabe erfolgt durch geschickte Auswahl aus standardisierten Einzelmodulen. Den Grundgedanken, komplexe Roboterstrukturen aus standardisierten Einzelmodulen zu erstellen, stellt Schunk aus Lauffen am Neckar in den Mittelpunkt seiner Aktivitäten. Durch den Einsatz seriengefertigter Bausteine möchte das Unternehmen seinen Kunden besonders wirtschaftliche Konzepte bieten, die anders nicht zu erreichen sind. Die Roboterforschung profitiert davon unmittelbar. Universitäten und Forschungsinstitutionen können Grundlagenforschung an Robotern betreiben und grundlegende Konzepte für Robotersteuerungen und -telematiken entwickeln. Industrieunternehmen aller Größen erproben die Praxistauglichkeit von Robotersystemen, loten die Potenziale dieser Technik aus und sind in der Lage, technisches Neuland zu betreten. Mit modularen Konzepten lassen sich zudem flexible Roboterlösungen entwickeln, schnell und einfach zu verändern durch den Austausch einzelner Komponenten. Die einzelnen Module müssen dazu klar definierte Hard- und Softwareschnittstellen aufweisen. Sind diese gegeben, lassen sich Roboter leicht umrüsten, zum Beispiel um Verbesserungen vorzunehmen oder um sie neuen Anforderungen anzupassen - etwa wenn der Anwender einen Roboter mit anderer Greiftechnik ausrüsten oder seine Tragkraft erhöhen möchte, ohne ihn komplett neu aufzubauen.

Grundeinheit Schwenkmodul

Gelenke bilden eine der Grundeinheiten jedes Roboters. Schunk hat mit den Powercube-Gelenkeinheiten der Reihen PR und PRL zwei servoelektrische Schwenkmodule in Leichtbauweise im Programm, die einen Schwenkwinkel von mehr als 360 Grad aufweisen. Sowohl die würfelförmigen PR-Einheiten als auch die zylindrischen PRL-Module stehen in vier verschiedenen Baugrößen mit unterschiedlichen Antriebsmomenten zur Verfügung. In den Modulen ist die komplette Leistungs- und Steuerungselektronik integriert, etwa für Positionierfahrten mit Rampensteuerung. PR-Module besitzen einen inkrementalen Encoder, PRL-Module hingegen einem Absolutencoder, der jeweils die Lage- und Geschwindigkeitsregelung übernimmt. Außerdem ist in den Modulen eine Überwachung von Endlage, Spannung, Strom und Temperatur integriert. Der Hohlwellen-Servomotor mit Harmonic Drive-Getriebe ermöglicht die geschützte und unsichtbare Kabelverlegung im Inneren. Sie sorgt nicht nur für die hohe Verfügbarkeit in Industrieanwendungen, sondern erhöht auch die Akzeptanz beim Einsatz in der Umgebung von Menschen, weil Assistenzroboter ohne äußere Kabel weniger nach Maschine aussehen. Beide Modulreihen sind mit klar definierten mechanischen Schnittstellen ausgerüstet, die es erlauben, sie frei und flexibel zu rekonfigurierbaren, modularen Roboterstrukturen zusammenzusetzen.

Am starken Arm hängt alles

Der Leichtbauarm LWA3 von Schunk basiert auf den Powercube-Einheiten. Mit ihm kann der Anwender Robotersysteme mit bis zu 32 Gelenken konfigurieren. Der LWA3 weist eine hohe Nominal-Traglast auf kann trotz geringen Eigengewichts vergleichsweise schwere Objekte tragen, da die verwendeten PRL-Gelenkeinheiten aus leichten, aber gleichzeitig hochfesten Materialien bestehen. Da der Arm im Gegensatz zu herkömmlichen Roboterarmen sieben statt nur sechs Freiheitsgrade bietet, kann ein damit aufgebauter Serviceroboter auch hinter einem Hindernis greifen. Inspektionssysteme sind in der Lage, schlecht zugängliche Objekte allseitig zu überprüfen. Mit diesen Eigenschaften ist der LWA 3 laut Hersteller Schunk hoch flexibel und eignet sich sowohl für Industrie- als auch Servicerobotik. Für den mobilen Einsatz ist eine optionale Energieversorgung per Batterie vorgesehen. Steckbare Standardaufnahmen am LWA-Handgelenk erlauben, das eingesetzte Greifsystem je nach Anforderung zu wechseln. In erster Linie sind dies die SDH (Schunk Dextrous Hand) und die SAH (Schunk Anthropomorphe Hand). Diese universellen Greifsysteme lassen sich mit wenigen Handgriffen am LWA 3 aufsetzen. Für Anwendungen in der Industrierobotik ist die SDH prädestiniert. Sie besitzt drei gleichartige, aus identischen Untermodulen aufgebaute Finger. Diese Modularität im Kleinen macht es möglich, unterschiedliche Greifsysteme flexibel aus Einzelmodulen aufzubauen und dabei die Kostenvorteile einer Fertigung in höheren Stückzahlen zu nutzen. Durch die Sensorik in der SDH steuert der Anwender die Greifkraft. Mit dieser Eigenschaft sowie acht programmierbaren Freiheitsgraden kann die Hand viele unterschiedliche Werkstückformen form- und kraftschlüssig greifen und manipulieren. Sie erkennt nicht nur, ob ein Objekt optimal gegriffen wurde oder ob der Griff korrigiert werden muss, sondern beherrscht neben dem Parallel- und dem Zentrischgriff auch den Zylindergriff, da sich die Grundpositionen von zwei Fingern verändern lassen. Die zur Steuerung der verschiedenen Greifszenarien erforderliche Elektronik ist komplett in die SDH integriert. Zur Bewältigung verschiedener Aufgaben lässt sich die Software von außen einspielen.

Sensibilität gefragt

Im Umgang mit Menschen sind für die eingesetzten Greifsysteme andere Rahmenbedingungen zu beachten als im industriellen Einsatz. Serviceroboter erbringen im Gegensatz zu industriellen Robotern Dienstleistungen mittelbar oder unmittelbar am Menschen. Ihr Arbeitsumfeld ist nicht statisch, sondern von wechselnden Randbedingungen geprägt, an die sich ein Serviceroboter flexibel anpassen muss. Auch die Greiftechnik muss ein hohes Maß an flexibler Funktionalität aufweisen. Diese Anforderungen erfüllt die Schunk Anthropomorphe Hand (SAH). Sie wurde dem menschlichen Vorbild nachempfunden und eignet sich damit besonders für Roboter, die in Haushalten oder Krankenhäusern Serviceaufgaben erfüllen. Vier identische Finger sind jeweils aus vier Gelenken aufgebaut und verfügen über eine Kraft- und Positionssensorik. Ein Finger ist in Oppositionsstellung angeordnet und übernimmt die Funktion eines Daumens. Serviceroboter mit einer SAH sind damit in der Lage, Tätigkeiten direkt am Menschen zu bewältigen, also Dinge zu greifen, zu reichen oder zu tragen. Sie übernehmen Aufgaben, die für alte oder gehandikapte Menschen zu schwierig sind. Da alle Kabel innerhalb der mechatronischen Komponenten geführt sind und die Hand im Design ihrem natürlichen Vorbild nachempfunden wurde, ist sie einer menschlichen Hand sehr ähnlich und erfüllt damit eine wichtige Voraussetzung für die Akzeptanz durch den Menschen. Schunk verfügt schon heute nicht nur über tragfähige Konzepte zur Modularisierung der Robotertechnik, sondern auch über die dazu erforderlichen Kompetenzen bei der Herstellung von modularen Komponenten wie Gelenken, Armen oder Greifsystemen. Damit ermöglicht Schunk den Bau flexibler und wirtschaftlicher Robotersysteme, die in Forschung und Industrie den Robotereinsatz weiter erleichtern können.

www.schunk.com

KurzprofilSchunk GmbH & Co. KG

- Die Schunk GmbH & Co. KG in Lauffen am Neckar beschäftigt sich seit mehr als 20 Jahren mit industriellen Greiferlösungen und Automatisierungslösungen. Das Unternehmen ist einer der weltweit größten Anbieter auf diesem Gebiet und zudem führender Anbieter in einigen Bereichen der Spanntechnik.

- Schunk ist Entwicklungspartner für unterschiedliche Branchen und spezialisiert auf deren Handhabungsapplikationen

- von standardisierten bis zu individuellen Greifermodulen, von Dreh- und Schwenkeinheiten bis zu Linearmodulen, von Roboterzubehör bis zu komplexen Funktionsbaugruppen

- alles aus einer Hand.

- Schunk beschäftigt mehr als 1.450 Mitarbeiter und unterhält weltweit fünf Produktionsstandorte.

- Geschäftsführende Gesellschafter des schwäbischen Unternehmens sind Heinz-Dieter Schunk und Henrik A. Schunk.

- Das Unternehmen feierte im Jahr 2005 sein 60-jähriges Jubiläum.

Erschienen in Ausgabe: 02/2007