MRK-Arbeitsplätze

Andreas Mühlbauer,

Cobot-Technologien in der Montage

Eine hybride Montageanlage mit manuellen und MRK-Arbeitsplätzen demonstriert erfolgreich einen heterogenen Ansatz von Produktionssystemen. Mit dem virtuellen Abbild ließen sich Funktionalität und Sicherheit der Anlage im Vorfeld verifizieren.

Virtuelles Abbild der Montageanlage. © LPS

In Zusammenarbeit mit EDAG Production Solutions konzipierte und errichtete der Lehrstuhl für Produktionssysteme der Ruhr-Universität Bochum eine durchgängig vernetzte, hybride Montageanlage mitsamt funktionalem virtuellen Abbild. Der Fokus der Forschungsvorhaben liegt auf der Optimierung einzelner Teilsysteme sowie auf der simulativen Auslegung von Arbeitsplätzen für die Mensch-Roboter-Kollaboration.

Das hybride Montagesystem COssembly besteht aus insgesamt acht Industrierobotern sowie vielfältigen Assistenzsystemen. Dabei sind fünf der acht Roboter vollständig für die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ausgelegt, was die Zusammenarbeit an schutzzaunlosen Arbeitsplätzen erlaubt. Angesichts des Forschungsschwerpunktes der hybriden Montage sind zudem zwei manuelle Arbeitsplätze in das Produktionssystem integriert. Auf dieser Grundlage lassen sich Generatoranschlusskästen für Photovoltaikanlagen als typische Produkte der Elektronikindustrie in einer MRK-Umgebung herstellen.

Das virtuelle Abbild der Montageanlage

Von industriellen Produktionsanlagen hebt sich die COssembly insbesondere durch ihre heterogene Systemstruktur ab. Im Fokus steht das Zusammenspiel aus hauptsächlich MRK-fähiger Robotik verschiedener Hersteller und leistungsfähigen Assistenzsystemen. Zum Beispiel kooperiert der Mitarbeiter bei der Befestigung von Kabeldurchführungen unmittelbar mit einem Fanuc CR-7iA, während das mobile Robotersystem Kuka KMR iiwa die Vorpositionierung der elektrischen Verbindungselemente für deren manuelle Montage sicherstellt, bevor der kollaborative Zweiarm-Roboter YuMi von ABB die abschließende Spannungsprüfung vornimmt. Allerdings geht der Projektumfang weit über den Aufbau eines funktionsfähigen Demonstrators hinaus. Mit dem Ziel, die virtuelle Inbetriebnahme eines solch heterogenen Gesamtsystems beherrschen zu können und damit ein praxisrelevantes Problem zu adressieren, erstellten die Projektpartner ein funktionales virtuelles Abbild der COssembly. Da dieses sowohl die geometrische Ausprägung als auch das Verhalten der realen Anlage exakt nachbildet, ließen sich das Sicherheitskonzept und die Funktionalität der verketteten Teilsysteme vorab simulativ validieren.

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Aktuelle und zukünftige Forschungsvorhaben

Angesichts der Vielfalt eingesetzter Roboter- und Assistenzsysteme sowie der modularen Gestaltung der Montagestationen ist das hybride Montagesystem COssembly prädestiniert für die Untersuchung verschiedener Fragestellungen aus den Bereichen der Industrie- und Grundlagenforschung. Derzeit werden unter anderem die Potenziale des ortflexiblen Einsatzes der mobilen Roboterplattform evaluiert. Neben der Entwicklung von Strategien zur automatisierten Materialbereitstellung ist die dafür unabdingbare Feinlokalisierung des mobilen Roboters Kuka KMR iiwa in der Produktionsumgebung aktueller Gegenstand von Forschungsarbeiten. Ferner soll das Einsatzspektrum der Roboterplattform zukünftig um die mobile Wartung und Instandhaltung des hybriden Montagesystems erweitert werden. Liegen beispielsweise Informationen über eine fehlerhafte Orientierung des Generatoranschlusskastens vor, soll das mobile Robotersystem autonom zur entsprechenden Station navigieren und den Fehler eigenständig beheben. Werden solche Zustandsdaten schließlich in das virtuelle Abbild zurückgeführt, erwächst daraus der digitale Anlagenzwilling, der das Prozessverhalten der realen Anlage in Echtzeit abbildet und damit die umfassende Optimierung des Realprozesses ermöglicht.

Zwischen der COssembly und dessen virtuellen Abbild besteht zwar eine vollständige Download-Möglichkeit, jedoch zurzeit noch kein bidirektionaler Datenaustausch. Um das virtuelle Abbild mit Echtzeit-Sensordaten der realen Anlage anreichern und damit aktualisieren zu können, bedarf es der Einbindung zusätzlicher Sensorik. Weiterhin soll das virtuelle Abbild in Zukunft der Entwicklung von Planungswerkzeugen für hybride Montagesysteme mit MRK-Arbeitsplätzen dienen. In diesem Kontext wird sowohl die Auslegung von Arbeitsplatzumgebungen für den sicheren Aufgabenwechsel zwischen Mensch und Cobot betrachtet als auch die Simulation neuer MRK-Sicherheitskonzepte fokussiert. Diese Erkenntnisse sollen schließlich in ein Schulungsangebot einfließen und so zu einer weiteren Akzeptanzsteigerung hinsichtlich des Einsatzes von kollaborationsfähigen Robotern im schutzzaunlosen Arbeitsraum beitragen.

P. Kulessa, M. Boshoff, B. Kuhlenkötter, LPS, Ruhr-Universität Bochum 

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