John Deere mit Hauptsitz in den USA zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Maschinen für die Land-, Forst- und Bauwirtschaft sowie für die Gartenpflege. Das Unternehmen beschäftigt heute weltweit rund 60.000 Mitarbeiter in 68 Fabriken und Entwicklungszentren. Allein in Deutschland arbeiten rund 7.000 Mitarbeiter an sechs Standorten, 200 davon im hochmodernen European Technology Innovation Center, kurz ETIC, in Kaiserslautern. Hier stehen innovative Technologien im Mittelpunkt, die gemeinsam mit den Fabriken zur Serienreife entwickelt und in die Maschinen integriert werden. Der Fokus liegt dabei auf dem Gebiet der „Präzisionsland­wirtschaft“.

Dr.-Ing. Georg Kormann, Manager Advanced Engineering, arbeitet mit seinem Team an der Entwicklung hochgenauer GPS-Empfänger. Was man bei John Deere unter hochgenau versteht, liegt weit über den Standards in der Automobilindustrie, wie Kormann betont:

„Wir sind heute mit unserem Produkt AutoTrac in der Lage, Landmaschinen mit einer Genauigkeit von zwei Zentimetern übers Feld zu führen. Das funktioniert nur mit speziellen GPS-Empfängern, die wir hier in Eigenregie entwickeln und die allesamt strengste Testdurchläufe absolvieren müssen.“

Die technische Prüfung dieser Empfänger folgt einem komplexen Procedere. Die Geräte müssen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten unter freiem Himmel aufwändige Testreihen durchlaufen. In der Vergangenheit erwiesen sich die dafür notwendigen realen Testfahrten als überaus aufwändig und nahmen viele Stunden in Anspruch. Zudem war die Vergleichbarkeit der Messergebnisse aufgrund abweichender Parameter bei diesen Feldversuchen teilweise eingeschränkt.

Roboter ohne Höhenangst: Der TX200 auf dem Weg auf´s Dach. Foto: John Deere

Hinzu kommt eine weitere Herausforderung, die Dr.-Ing. Kormann in der Vergangenheit Kopfzerbrechen bereitete: „Für die Referenzierung der Low-Speed-Receiver ist höchste Präzision gefragt, die um den Faktor 10 höher liegen muss als die Genauigkeit der Geräte. Das heißt, wir benötigen Messmethoden, die im Toleranzbereich von einem Millimeter liegen. Was lag da näher, als die Messfahrten von einem Präzisionsroboter ausführen zu lassen mit dem großen Vorteil der jederzeitigen Reproduzierbarkeit.“

Outdoor-Robotik: eine schwer umsetzbare Idee

Eine gute Idee, deren praktische Umsetzung aber nach ersten konkreteren Überlegungen nahezu unmöglich schien. K.O.-Kriterium Nummer eins war der geplante Outdooreinsatz des Roboters. Um uneingeschränkten GPS-Empfang zu haben, war von vorneherein klar: Der Roboter würde auf dem Dach des Entwicklungsgebäudes installiert werden und dort ganzjährig allen nur erdenklichen Witterungsbedingungen ausgesetzt sein.

Die beiden Ingenieure Dennis Dispot und Sarah Fritz aus dem John Deere Entwicklungsteam um Dr.-Ing. Georg Kormann sind von der Performance des Stäubli Roboters begeistert. Foto: Ralf Högel

Dennis Dispot, der im Rahmen seiner Diplomarbeit bei John Deere mit der Umsetzung der Aufgabe betraut war, erinnert sich: „Auf unsere Anfrage bei Roboterherstellern nach einem allwettertauglichen Sechsachser ernteten wir allseits Kopfschütteln. Einzig Stäubli Robotics war bereit, sich auf diese Herausforderung einzulassen.

Ein voll gekapselter Sechsachser des Typs TX200L in HE-Ausführung, sollte mit dem Einsatz unter freiem Himmel zurecht kommen, hieß es. Für uns hörte sich das vielversprechend an und wir machten uns gemeinsam mit Stäubli an die Umsetzung des Projektes.“

Für harte Einsätze bestens gerüstet

Grundsätzlich sind die Sechsachser mit der Zusatzbezeichnung HE für Humid Environment für Einsätze in Feuchträumen speziell modifiziert. Der komplett gekapselte Roboter ist dabei in Schutzart IP 65 ausgeführt, durch Verwendung der Stäubli Überdruckeinheit lässt sich diese Schutzartklassifizierung noch steigern. Eine sinnvolle Option, die den Outdoor-Einsatz bei John Deere überhaupt erst ermöglichte.

Bevor die Roboter ihre Finishlackierung erhalten, werden die Oberflächen einer speziellen Behandlung unterzogen, die die Korrosionsbeständigkeit sowie die Widerstandsfähigkeit erhöht. Besonders beanspruchte Teile sind aus Edelstahl. Die abschließende Lackierung erfolgt in hoher Oberflächengüte, so dass der Roboter für härteste Einsätze gewappnet ist. Weiterer Pluspunkt: die vertikale Kabeldurchführung. Sämtliche Anschlüsse befinden sich vor Spritzwasser oder im Falle von John Deere vor Regen und Schnee geschützt unter dem Roboterfuß.

Bei den Prüfungen müssen die GPS-Empfänger aufwendige Testreihen unter freiem Himmel durchlaufen. Foto: Ralf Högel

„Ganz ehrlich: Als wir die HE-Versionen auf den Markt brachten, fokussierten wir auf Einsätze beim Wasserstrahlschneiden, in der spangebenden Bearbeitung oder in der Lebensmittelindustrie mit ihren harten Reinigungsprozessen. An ganzjährige Einsätze unter freiem Himmel hatten wir sicherlich nicht gedacht. Aber natürlich bieten die HE-Versionen auch für solche Einsätze optimale Voraussetzungen“, so Dipl.-Ing. Gerald Vogt, der die Roboterentwicklung am Stäubli Stammwerk in Faverges leitete und kürzlich die Geschäftsführung von Stäubli Robotics in Bayreuth übernahm.

Projekt mit hoher Komplexität

Obgleich der TX200L he genetisch also bestens für das Vorhaben geeignet war, gab es noch eine ganze Reihe zu klärender Punkte: Wie kommt der Roboter auf´s Dach?

Welche Anforderungen bestehen hinsichtlich der Statik des Gebäudes? Wie sind die Themen Blitzschutz, Zutrittskontrolle und Sicherheit zu regeln? Welche zusätzlichen Modifikationen sind am Roboter erforderlich? Wie begegnet man dem Thema Temperaturschwankung und Kondenswasserbildung im Roboterarm?