Mit dem Baukasten für Service-Robotik Intralogistik-Prozesse wertschöpfend gestalten 01.09.2019, 00:00 Uhr

Servicerobotik macht mobil

Die zunehmende Automatisierung eröffnet für die intelligente Fabrik der Zukunft und somit für die Intralogistik neue Möglichkeiten: Als Assistenten des Menschen werden Roboter eine zentrale Rolle spielen, logistische Abläufe können durch die Kombination von Robotern mit Fahrerlosen Transportsystemen neue Formen annehmen. Gleichzeitig wachsen jedoch die Anforderungen an die Sicherheit.

Aus der Kombination von FTS und Manipulator ergeben sich neue Möglichkeiten für die Gestaltung intralogistischer Prozesse. Bild: Pilz

Aus der Kombination von FTS und Manipulator ergeben sich neue Möglichkeiten für die Gestaltung intralogistischer Prozesse. Bild: Pilz

Die Grenzen zwischen Service- und Industrierobotik lösen sich zunehmend auf. In der intelligenten Produktion wird die Rolle des Menschen neu definiert. Denn Serviceroboter werden dem Menschen bei körperlich belastenden oder monotonen Arbeiten „zur Hand gehen“ und ihn entlasten. Der Mensch dagegen übernimmt verantwortungsvollere Aufgaben wie Planung und Programmierung, denn im Gegensatz zur Maschine ist er in der Lage, eigenständig Situationen bewerten, abwägen und Entscheidungen treffen zu können. Ein Serviceroboter kann die Materialversorgung in einem Fertigungsprozess genauso übernehmen wie die Bereitstellung von Medikamenten in einer Apotheke. Gefragt sind flexible Lösungen – kompakte, vielseitige Assistenten statt massiven Montage-Robotern.

Wertschöpfende Prozesse

In der Intralogistik wird bereits auf Fahrerlose Transportsysteme (FTS) gesetzt. Sie manövrieren durch die Fertigungsstraßen und stellen einen effizienten Materialfluss in der Fertigung sicher – heute noch mit einer gewissen Positionierungsungenauigkeit. Mehr Präzision erlaubt die Kombination mit einem Manipulator. Er kennt beispielsweise die exakte Position der aufzunehmenden Komponente und gleicht dadurch die gegebene Ungenauigkeit aus. Außerdem ergeben sich aus einer solchen Kombination neue Ideen für wertschöpfende Prozesse in der Intralogistik: So könnten beispielsweise Roboterarme mehrere Einzelteile noch während des Transports zu einem Zwischenprodukt zusammenfügen, das direkt in den nächsten Produktionsschritt einfließen kann. Ist der Manipulator mit Sensoriken und Kamerasystemen ausgestattet, ist er sogar in der Lage dynamisch zu greifen oder eine Qualitätskontrolle durchzuführen. Mit einem offenen modularen Ansatz werden solche Gedankenspiele Realität.

Baukasten für Servicerobotik

Mit seinen Service Robotik-Modulen stellt der Automatisierungsexperte Pilz aus Ostfildern beispielsweise einen modularen Baukasten vor, aus dem sich Anwender ihre individuelle Roboterapplikation für industrielle und nicht-industrielle Anwendungen zusammenstellen können. Das Manipulatormodul PRBT ist ein von Pilz eigen entwickelter Roboterarm mit einer Traglast von 6 kg. Durch seine maximale Reichweite von 741 mm, sein Gewicht von 19 kg und die 24-VDC-Stromversorgung eignet er sich besonders für mobile Anwendungen, zum Beispiel in Kombination mit einem FTS. Dabei kann das Manipulatormodul PRBT in beliebiger Montagerichtung angebracht werden.

Offenheit für neue Anwendungen

Der Markt der Servicerobotik ist stark in Bewegung und hoch innovativ. Deshalb hat Pilz sich mit den Service Robotik-Modulen für einen offenen Ansatz mit den entsprechenden physischen und virtuellen Schnittstellen entschieden. Dadurch können Anwender die Pilz-Module mit Modulen dritter Anbieter – dies könnten etwa Greifer oder eben FTS sein – kombinieren. Dieser offene Ansatz wird durch den Einsatz von ROS-Paketen für die Robotersteuerung vorangetrieben. ROS, das steht für Robot Operating System, ist ein Open-Source-Framework, um Software für Robotikanwendungen zu schreiben beziehungsweise ganze Roboterapplikationen umzusetzen.

Gemeinsam zur Applikation

ROS-Pakete beinhalten bestimmte Funktionalitäten und Treiber und werden den Anwendern über eine gemeinsame Community zur Verfügung gestellt. Das kann beispielsweise eine Bahnplanung sein, die vom Anwender an seine individuelle Applikation, z. B. eine Pick-and-Place-Anwendung, angepasst wird. Ein Vorteil des Open-Source-Frameworks ist die Zusammenarbeit in der ROS-Community mit Spezialisten aus verschiedenen Bereichen – von Forschungseinrichtungen bis zum Roboterhersteller. Gemeinsam sind sie in der Lage, auch komplexe Robotikanwendungen zu programmieren.

ROS hat seine Stärken in dynamischen Umgebungen, beispielsweise beim Navigieren von FTS, Kollisionsvermeidung oder Greifen von Objekten und bietet dadurch mehr Flexibilität. Die einzelnen Pakete sind modular, dadurch vielseitig einsetzbar und mit der Hardware unterschiedlicher Hersteller kompatibel. Die Vorteile von ROS umfassen neben dem Open-Source-Charakter, also der offenen Verfügbarkeit des Quelltextes, die Verwendung von höheren Programmiersprachen wie Python oder C++. Damit bietet sich der Einsatz von ROS für industrielle und nicht-industrielle Applikationen an.

Es ist das geeignete Framework für komplexe Applikationen, in denen verschiedene Sensoren und Aktoren beliebiger Hersteller unterschiedliche Aufgaben übernehmen und komplex entwickelte Algorithmen steuern. Dafür wird eine standardisierte Kommunikationsschicht benötigt. ROS kann also herstellerübergreifend eingesetzt werden und bietet ganz im Sinne von Industrie 4.0 ein vernetztes, interoperables System.

Sichere Zusammenarbeit

Wie die mobile Roboterapplikation auch aussieht: Sicherheit spielt eine entscheidende Rolle! Denn in vielen Bereichen wird der Mensch näher an die Maschine rücken oder Mensch und Maschine teilen sich gleichzeitig eine Aufgabe und damit einen Arbeitsraum, in dem jeder seine Stärken einsetzen kann. Das Prinzip, Sicherheit durch räumliche Trennung von Mensch und Maschine zu erreichen, funktioniert nicht mehr überall. An ihre Stelle treten flexible Sicherheitskonzepte. Allerdings gibt es weiterhin Roboterapplikationen mit Schutzzaun: Gründe sind zum Beispiel sehr spitze oder scharfkantige Werkzeuge bzw. Werkstücke oder wenn hohe Krafteinwirkungen und Geschwindigkeiten für den Prozess benötigt werden.

Hinzu kommt, dass jede Applikation ganzheitlich angesehen werden muss, da es keinen sicheren Roboter, sondern nur sichere Roboterapplikationen gibt. Grundsätzlich ist der Roboter gemäß der Maschinenrichtlinie an sich nur eine unvollständige Maschine; erst durch Greifer bzw. das für die jeweilige Applikation notwendige Werkzeug erhält der Roboter einen bestimmten Zweck und muss als vollständige Maschine betrachtet werden. Der Integrator oder Anwender wird damit zum Hersteller der Maschine und ist für die CE-Kennzeichnung inklusive sicherheitstechnischer Überprüfung verantwortlich.

CE-Kennzeichnungen

Als Anbieter sicherer Automatisierungslösungen ist Pilz bereits seit vielen Jahren in der Robotik aktiv: Sichere Sensoren des schwäbischen Automatisierers, darunter Lichtgitter, Laserscanner oder Schutztürsysteme, sorgen an zahllosen Roboter-Applikationen für den Schutz von Mensch und Maschine. Aufbauend auf der jahrelangen Erfahrung beim Thema CE-Kennzeichnung in der Industrie können die Safety-Experten Robotik-Anwender bis zur CE-Kennzeichnung begleiten und die Verantwortung für die Sicherheit von Roboter-Applikationen übernehmen.

Der Kollege Roboter kommt aus seinem Käfig und interagiert in der Produktion der Zukunft mit seinen menschlichen Kollegen. Er unterstützt sie in ihrer Tätigkeit. Dazu gehören intralogistische Anwendungen, die mithilfe der Servicerobotik wertschöpfend gestaltet werden können. Dabei ist zu beachten, dass die Anwendung für Mensch und Maschine sicher, aber gleichzeitig effizient gestaltet wird. Durch einen offenen Baukasten wie die Service Robotik-Module von Pilz sowie Open Sourc Software wie ROS können zukunftsfähige Logistikprozesse für die intelligente Fabrik gestaltet werden.

Dr. Manuel Schön, Product Management Controller Pilz GmbH & Co. KG

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