Die Roboter kommen

Die Bilanz sieht nicht schlecht aus. 1996 wurden in Deutschland über 11 000 Industrieroboter neu installiert, davon 40 Prozent aus Importen. Roboter sorgen für Schlagzeilen, wir haben uns daran gewöhnt. Das war nicht immer so. Mitte der fünfziger Jahre war man vom automatischen Fabrikbetrieb in der Großserie ziemlich begeistert. So wurden 1954 in den USA Motorkolben vollautomatisch hergestellt. Ein leitender Angestellter äußerte sich dazu 1955 auf einem Kongreß, in der Beschreibung automatischer Maschinerie ¿ . . . wird das Wort ,Roboter¿ tausende von Malen gebraucht und ich nehme an, daß Sie es so oft gehört haben, daß es Ihnen ganz schlecht davon geworden ist. Trotzdem muß ich feststellen, daß ich selber niemals einen Roboter gesehen habe. Ich kenne niemanden, der jemals einen gesehen hat und ich weiß weder von einem Ingenieur noch von einer Firma, welche die Absicht haben, einen zu konstruieren.¿
Viele Gründe sprechen für den Roboter-Einsatz in der modernen Produktion. Hier die zehn hervorstechendsten Merkmale:

1. Roboter sind in der Lage, komplizierte Bewegungsaufgaben auszuführen. Die hohe Beweglichkeit eines Roboters wird durch viele Bewegungsachsen erreicht. Ein dreiachsiges Handgelenk erlaubt die erforderlichen Orientierungen des Effektors an der Wirkstelle, was zum Beispiel beim Lichtbogenschweißen unverzichtbar ist. Als kompliziert kann man auch das chaotische Stapeln von Packstücken auffassen, was heute dank sensorischer und programmtechnischer Raffinesse möglich ist. In der traditionellen Bauform des Ständerroboters mit Senkrechtgelenkarm wird so etwas wie ein ¿Universalroboter¿ gesehen, der je nach Aufgabe so über die Grundversion hinaus ausgerüstet wird, daß er schweißen, montieren oder beschicken kann. Der Laie empfand es vor Jahren als sensationell, als ein Roboter erstmals Pkw-Räder am laufenden Band anschraubte und dabei noch das aktuelle Schraubmoment zur Dokumentation weitergab. Dieser Schwierigkeitsgrad ist längst Stand der Technik geworden.
Trotz allem gilt aber auch: Weniger komplizierte und unverwinkelte Bewegungen durch automatisierungsgerechte Gestaltung von Produkten und Prozessen erleichtern die Robotereinführung beträchtlich, machen die Abläufe schneller, sind zuverlässiger und auch preiswerter in der Realisation. Um einen Roboter zum Betanken von Fahrzeugen zu befähigen,mußte zum Beispiel ein neuer robotergerechter Tankverschluß entwickelt werden. In der Fertigungsautomatisierung könnte es die montagegerechte Kaffeemaschine sein.

2. Roboter ermüden nicht und können auch in Pausenzeiten arbeiten. Wer einen Roboter einsetzt automatisiert seine Fertigung. Um alle Vorzüge wie Verkürzung der Durchlaufzeit, pausenlose Verwendung und Freisetzung von Arbeitskräften auszunutzen, muß man auch die Betriebsorganisation darauf abstimmen. Nicht selten geht es auch weniger um die Arbeitskräfteeinsparung, sondern um die Kapazitätsausweitung. Damit sind die Roboter auch eine Initialzündung zur Weiterentwicklung betrieblicher Strukturen.

3. Roboter können auf Dauer präziser als Menschen arbeiten. Das zeigt sich beim Lichtbogenschweißen am deutlichsten. Bei hohen Abschmelzleistungen ist die Konzentration des Schweißers schon bald dahin. Ein Schweißroboter kann auch gegen Ende der Schicht noch Nähte wie mit dem Lineal gezogen legen. Über geeignete Sensorik wird der Prozeß beobachtet und es werden schritthaltend selbsttätig Korrekturen vorgenommen.
Die Anforderungen an die Wiederholgenauigkeit sind aber unterschiedlich. Für das Palettieren genügen in der Regel Wiederholgenauigkeiten von ± 0,5 Millimetern oder noch gröber. Bei der Maschinenbeschickung und beim Montieren reicht das nicht aus. Es gibt auch einen Zusammenhang zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit. Je schneller ein Roboter verfährt, umso schwerer tut er sich, eine Position genau zu erreichen. Etliches bleibt natürlich trotzdem für den Menschen übrig, insbesondere im Bereich der Feinwerktechnik und wenn Justage- sowie Kontrollarbeiten Bestandteil der Tätigkeit sind.

4. Roboter benötigen wenig Aufstellfläche im Vergleich zu ihrem Aktionsraum. Für das Palettieren und Verpacken entsprechen die Roboterzellen heute dem Konzept ¿Lean Robotization¿. Das bedeutet weniger Platzbedarf als konventionelle Verpackungs- und Palettieranlagen. Mitunter ist auch die Handhabung der Leerpaletten, der Zwischenlagen und der Kartons mit einbezogen. Bei der Maschinenbeschickung setzt man den Roboter oft auf eine leicht entriegelbare Plattform, so daß er beim Einrichten und Umrüsten der Maschine schnell beiseite geschoben werden kann. Für die Kleinteilhandhabung gibt es Kleinroboter, die schon ausreichen können und mit wenig Aufstellfläche auskommen.

5. Roboter arbeiten schneller als der Mensch, besonders bei Teilen mit sehr kleinen oder großen Massen. Das Masse-Tragfähigkeits-Verhältnis und auch die Geschwindigkeiten der Bewegungsachsen haben sich recht positiv entwickelt. Dadurch werden neue Anwendungsfelder erschlossen. Roboter machen inzwischen den Spezialmaschinen Konkurrenz. Ein Palettieroboter mit großer Reichweite kann eine spezielle Palettiermaschine ersetzen, wobei sieben Europaletten im Arbeitsbereich untergebracht werden können. Dadurch lassen sich Kommissioniervorgänge oder eine Stapelung im Sortenmix einrichten. Es werden bei Verwendung von Klemmgreifern und Lasten bis 100 Kilogramm zum Beispiel 800 Palettierzyklen je Stunde erreicht. In der Getränkeindustrie kann man vier Getränkekästen mit einem Griff packen, was Stundenleistungen von 3200 Kästen ergibt.

6. Roboter sind bewegungsflexibel und lassen sich bei Austausch der Effektoren für unterschiedliche Aufgaben einsetzen. Bei ständig wechselnden Handhabungsaufgaben muß auch der Effektor jeweils angepaßt werden. Das erreicht man durch Verwendung von Mehrgreifersystemen wie zum Beispiel Revolvergreifern oder durch Wechselsysteme. Gewechselt werden Greifer, Roboterwerkzeuge und auch Schweißbrennerhälse. Es muß übrigens nicht immer gleich der automatische Greiferwechsel sein. Es gibt auch Wechselvorrichtungen, die manuell bedient werden und die einen raschen Effektoraustausch gestatten.
In jedem Falle kommt es aber darauf an, den Greifertyp und die Baugröße richtig auszuwählen. Verschiedentlich werden dazu Software-Tools als Hilfsmittel angeboten. In die Auswahl gehen technisch-physikalische Parameter ein. Der Anwender wird per Menü geführt. Da auch Massen und Massenträgheitsmomente abgefragt werden, kann ein entsprechendes Berechnungsprogramm zugeschaltet werden. Der Gedanke läßt sich weiterführen, denn es gibt CAD-Systeme, mit denen man die Greiferaktionen überprüfen kann. Es wird das Anfahren einer Montagestelle simuliert, wobei Kollisionsgefahren erkannt und Zeitabläufe gemessen werden können.

7. Roboter lassen sich nachträglich in vorhandene Maschinenstrukturen integrieren. Das ist zwar nicht so einfach, aber die Praxis beweist es. Da werden Pressen zur automatisierten Linie, wenn der Roboter dazwischen die Weitergabe der Blechteile übernimmt. Für Beschickungsaufgaben kann das Handhabungsgerät in den arbeitsfreien Raum über den Maschinen gelegt werden, wenn man auf Portalsysteme zurückgreift. Ein anderer Weg sind ¿Huckepackroboter¿, also Anbauroboter, die keinen eigenen Ständer haben und zum Beispiel an eine Werkzeugmaschine angeflanscht werden. Sie haben allerdings den Nachteil, daß bei einer Störung des Roboters meistens auch die Arbeitsmaschine brach liegt.

8. Roboter verfügen heute über nutzerfreundliche Programmiersysteme, die eine Mitarbeiterschulung sehr vereinfachen. Es gibt zwei Tendenzen: Zum einen werden immer mehr Menschen mit der Bedienung von Computern vertraut, zum anderen nähern sich die Roboterprogrammiersysteme durch gekonnte Menüführung immer mehr dem PC-Ritual. Eine Mauer wurde durchstoßen, als es gelang, die Online-Programmiertechnik PC-tauglich zu machen. Roboterprogramme können damit am PC ausgearbeitet werden. Sie sind dann vor Ort nur noch einem Test zu unterziehen. Wichtig ist hierbei die Kalibrierung von Roboter und Arbeitszelle, weil sonst die mit dem PC-Modellroboter erstellten Programme im Feinbereich nicht mit der Wirklichkeit übereinstimmen. Aber auch dafür gibt es mittlerweile rationelle und preiswerte Verfahren.
Die Programmiersysteme erlauben es meistens, die Roboteraktionen vorab in der Simulation zu sehen. Beigegebene Bibliotheken verfügen über die Modelldaten von mehreren hundert Robotertypen und Baugrößen.

9. Roboter werden nicht nur als Einzelmaschine verkauft, sondern auch als schlüsselfertiges Arbeitssystem mit Peripherie. Roboter sind heute auch als komplette Arbeitszelle, zum Beispiel für das Schweißen, zu bekommen. Schlüsselfertige Systeme haben den Vorteil, daß zum Roboter passendes Zubehör, die erforderliche Peripherie, Sicherheitstechnik und das Programmiersystem aufeinanderabgestimmt und erprobt bereitstehen. Das erleichtert den Einstieg für Erstanwender. Gleichzeitig wird damit ein beachtliches Know-how-Paket mit übernommen. Erfahrene Anwender stellen aber nach wie vor ihre Arbeitsplätze selbst zusammen und kaufen den Roboter hinzu. Da Roboter nicht einfacher werden sondern komplizierter, auch wenn es gelungen ist etliche Bauteile inzwischen einzusparen, wird die Diagnose bei auftretenden Fehlern immer wichtiger. Die ¿Roboter-Diagnose-Hotline¿ zur Service-Abteilung des Roboterproduzenten ist keine Utopie mehr, einige bieten diesen Service an.
Neue Roboterausführungen implizieren meistens auch neue Ansätze für Anwendungen. Ein zweiarmiger Roboter ist für sich fast schon ein Arbeitssystem. Machbar ist zum Beispiel die vorrichtungslose Montage. Eine Hand bringt und hält das Basisteil, der andere Arm fügt ein Bauelement. Beim Schweißen kann gleichzeitig an zwei Stellen gearbeitet werden.

10. Roboter verfügen über rudimentäre Formen von Eigenintelligenz mit steigender Tendenz. Künstliche Intelligenz ist allemal besser als natürliche Dummheit, sagt man. Da sollte man die heutigen Möglichkeiten nicht unterschätzen. Maschinelle Sichtsysteme haben einen Stand erreicht, der nicht nur komplizierte Erkennungsfunktionen sichert, sondern auch in Echtzeit ausreichend schnell ist. Die Möglichkeiten reichen von der stationären Kamera bis zum ¿Auge-in-Hand-System¿, von der Inspektion der Werkstückoberflächen zwecks Qualitätssicherung bis zur Identifikation von Werkstücken und ihrer Lage. Die Applikation von Bildverarbeitungssystemen nimmt in der Fertigungsautomatisierung kräftig zu. Je mehr Sensorik im Roboter angereichert wird, umso mehr ¿vernünftige¿ Reaktionen dürfen wir erwarten.

Kurzum: Das Rationalisierungspotential für Industrieroboter ist keineswegs ausgeschöpft. Spitzenereiter in der Anwendung ist zwar unverändert die Automobilindustrie, aber die kleineren und mittleren Unternehmen werden folgen und sie kommen auf Dauer nicht am Roboter vorbei. Diese Feststellung soll nicht zum Leichtsinn verführen. Der Anwendungsfall muß sich natürlich rechnen. Übrigens sollte der Robotereinsatz mit dem betroffenen Personenkreis besprochen werden. Bei uneingeschränkter Akzeptanz vermeiden Sie, daß Roboter später aus den unwahrscheinlichsten Gründen zum Stillstand kommen. Außerdem gilt: Zu Risiken und Nebenwirkungen fragen Sie die Hersteller. Der Preis ist jedenfalls heiß!

Stefan Hesse / November 1997