Vollflexible Fertigung dank Robotern Die Zukunft der Automatisierung

Redakteur: Silvano Böni

Um den Anforderungen an eine vollflexible Fertigung in der Elektronikindustrie und weiteren Branchen gerecht zu werden, hat ABB mit YuMi einen kollaborierenden Zweiarm-Roboter für die Kleinteilmontage entwickelt. Die Roboterlösung umfasst flexible Greifhände, Teile-Zuführsysteme, kamerabasierte Teileerkennung sowie eine leistungsfähige Robotersteuerung. Damit eröffnet der Roboter unendlich viele Möglichkeiten.

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YuMis beide Arme mit jeweils sieben Freiheitsgraden ermöglichen ihm ein hohes Mass an Wendigkeit und Präzision an einem kompakten, für Menschen ausgelegten Arbeitsplatz.
YuMis beide Arme mit jeweils sieben Freiheitsgraden ermöglichen ihm ein hohes Mass an Wendigkeit und Präzision an einem kompakten, für Menschen ausgelegten Arbeitsplatz.
(Bild: ABB)

Mit der Einführung von YuMi, dem ersten wirklich kollaborativen Zweiarm-Roboter der Welt, verschiebt ABB einmal mehr die Grenzen der roboterbasierten Automatisierung und verändert die Art der industriellen Prozesse, die mit Robotern automatisiert werden können. YuMi steht für «you» und «me» und die gemeinsame Zukunft von Mensch und Maschine in der Fertigung. Die Lösung ist das Ergebnis jahrelanger Forschung und Entwicklung und markiert den Beginn einer neuen Ära von kollaborativen Robotern, die in der Lage sind, Seite an Seite mit Menschen an den gleichen Aufgaben zu arbeiten, ohne die Sicherheit ihrer menschlichen Kollegen zu gefährden.

Während YuMi speziell entwickelt wurde, um die Flexibilitäts- und Agilitätsanforderungen der Unterhaltungselektronikindustrie zu erfüllen, kann er dank seiner zwei Arme und flexiblen Hände, universellem Teilezuführsystem, kamerabasierter Teileerkennung, Lead-Through-Programmierung und präziser Bewegungssteuerung neuester Generation auch in jeder anderen Kleinteilmontageumgebung eingesetzt werden.

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Nachbildung menschlicher Fähigkeiten

Auf den ersten Blick scheint die Automatisierung von Prozessen an manuellen Montagelinien relativ einfach. Doch in Wirklichkeit ist es gar nicht so leicht, menschliche Fähigkeiten nachzubilden. Wir besitzen eine Berührungs- und Bewegungssteuerung, die es uns ermöglicht, filigrane Dinge mit hoher Geschicklichkeit und Präzision zu handhaben. Gleichzeitig sind wir in der Lage, abzuschätzen, wie viel Kraft wir auf eine bestimmte Komponente ausüben können, ohne sie zu beschädigen. Wir können sehen, wo sich ein Objekt befindet, und es einfach aufnehmen. Ausserdem sind wir in der Lage, eine unglaubliche Vielfalt von Teilen zu bewältigen, ohne zwischendurch anzuhalten. Und wir besitzen ein räumliches Wahrnehmungsvermögen, das es uns erlaubt, im engen Einklang mit Kollegen zu interagieren.

Die Herausforderung bei YuMi bestand darin, festzustellen, wie all diese menschlichen Eigenschaften auf kosteneffektive Weise reproduziert werden können. Mit anderen Worten ging es darum, mindestens die Sinne und Fähigkeiten nachzubilden, die erforderlich sind, damit die Lösung sicher ist und dennoch die wesentlichen Vorzüge der Automatisierung bietet. Durch ein spezielles Design, das viel mehr als nur den Roboter umfasst, hat ABB ein inhärent sicheres System aus Komponenten entwickelt, das die notwendige Präzision, Benutzerfreundlichkeit, Geschwindigkeit, Flexibilität und Rentabilität für die Zukunft der Kleinteilmontage bietet.

Sicherheit wird gross geschrieben

Sicherheit liegt in der DNA von YuMi. So, wie das Skelett eines menschlichen Arms von Muskeln umgeben ist, besitzt YuMi ein leichtes, aber dennoch festes Magnesiumskelett mit einer Kunststoffummantelung, die mit einer weichen Schutzpolsterung versehen ist. Dadurch werden die bei unerwarteten Zusammenstössen wirkenden Kräfte in hohem Masse absorbiert. Wie ein menschlicher Arm besitzt YuMi keine Quetsch- und Klemmstellen, sodass keine empfindlichen Teile beim Öffnen und Schliessen der Achsen zwischen gegenüberliegenden Flächen zerdrückt werden können.

Mit seinen menschenähnlichen Abmessungen ist YuMi äusserst kompakt. Seine beiden Arme mit jeweils sieben Freiheitsgraden ermöglichen ihm ein hohes Mass an Wendigkeit und Präzision an einem kompakten, für Menschen ausgelegten Arbeitsplatz. YuMi wiegt nur 35 kg und besitzt ein integriertes Steuerungssystem und eine integrierte innenliegende Verkabelung für eine Vielzahl von Ein- und Ausgängen einschliesslich Druckluft und digitaler Signale. Ausserdem arbeitet er mit normalem Haushaltsstrom, wie er überall auf der Welt zu finden ist. Gleichzeitig ist er portabel und beliebig umsetzbar.

Trifft YuMi auf ein unerwartetes Hindernis, beispielsweise bei einer Kollision mit einem Kollegen, kann er seine Bewegung binnen Millisekunden anhalten. Anschliessend kann die Bewegung wieder per Knopfdruck neu gestartet werden. In Kombination mit der Schutzpolsterung wird dadurch die Sicherheit für menschliche Werker drastisch erhöht. Selbst mit diesen inhärenten Sicherheitsmerkmalen ist YuMi schnell und präzise. Er kann mit einer Genauigkeit von 0,02 mm immer wieder an denselben Punkt im Raum zurückkehren und bewegt sich mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1500 mm/s.

Um die grosse Vielfalt von Teilen in der heutigen Kleinteilmontage zu bewältigen, verfügt YuMi über integrierte und äusserst flexible Hände, die in verschiedenen Konfigurationen mit Servogreifern, Doppelsaugnäpfen und Kameras ausgerüstet werden können. Alles in allem sind YuMis Hände vollständig individualisierbar, um den Anforderungen der meisten Montageaufgaben gerecht zu werden.

Einfaches Programmiersystem

Doch die komplexen betrieblichen Probleme in der Kleinteilmontage drehen sich nicht allein um die Flexibilität menschlicher Hände. Auch die Teilezufuhr ist entscheidend für einen effizienten Betrieb. Aus diesem Grund wurde das Teilezuführsystem FlexFeeder entwickelt. Der FlexFeeder speichert eine grosse Zahl von Teilen mit Grössen zwischen 3 und 30 mm in einem Behälter. Da eine direkte Entnahme der Teile aus dem Behälter ein äusserst kompliziertes dreidimensionales Problem darstellt, verwandelt der FlexFeeder es in einen wesentlich einfacheren zweidimensionalen Pickvorgang. Dabei werden die Teile in kleinen Mengen aus dem Behälter auf eine ebene Fläche gefördert. Auf dieser können die integrierten Handkameras von YuMi die Teile problemlos lokalisieren und die Greifer zum Aufnehmen der Teile lenken. Um die Programmierung von YuMi so einfach wie möglich zu halten, wurde ein Programmierungssystem entwickelt, das wirklich jeder erlernen kann.

Man führt einfach YuMis Hände und Arme mit den eigenen Händen an die gewünschten Positionen, hält diese als Wegpunkte und Greiferhandlungen auf einem angeschlossenen Tablet-PC fest, auf dem die dazugehörige YuMi-App läuft. Die Software wandelt die gesetzten Positionen und Aktionen direkt vor den Augen des Bedieners in Echtzeit in eine entsprechende Roboterbahn um. So benötigt YuMi deutlich weniger Engineering-Ressourcen, um sehr komplizierte Aufgaben zu erfüllen.

Mit der Lead-Through-Programming-Technologie kann das, was bisher stundenlange, mühsame Programmierarbeit erforderte, in einfachen Schritten binnen wenigen Minuten erledigt werden. Sind die Aufgaben für die Lead-Through-Programmierung zu kompliziert, ist bei Bedarf auch eine traditionelle Programmierung mithilfe der ABB-Programmiersprache RAPID möglich.

Darum ist YuMi wichtig für die Welt

Alle in diesem Produkt enthaltenen Merkmale und Innovationen zusammen ergeben nicht nur einen Roboter, sondern eine Komplettlösung für die Automatisierung in der Kleinteilmontage. Für Hersteller, die YuMi einsetzen, liegen die unumstrittenen Vorteile in einer schnelleren Produktion, einer höheren Produktqualität, weniger Ausschuss, einer höheren Effizienz und Flexibilität sowie einer beachtlichen Kapitalrendite. Als Komplettlösung ist YuMi nicht nur für den Hersteller, sondern auch für die gesamte Wertschöpfungskette vom Hersteller über den Arbeiter in der Fertigung und die Umwelt bis hin zum Verbraucher beziehungsweise Nutzer des Produkts von Nutzen. Dem Arbeiter bietet er eine sicherere Arbeitsumgebung und eine höhere Lebensqualität. Der Umwelt kommt ein geringerer Materialeinsatz und weniger Ausschuss zugute. Und dem Verbraucher nützt er, weil durch die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter eine höhere Präzision und Geschwindigkeit erreicht werden kann als mit rein menschlicher Arbeit, was wiederum die Produktqualität erhöht und den Ausschuss reduziert. <<

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