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Erster Preisträger Innovative Anwendung: Zwei-Arm-Roboter beim Bin-Picking mit Software von Fraunhofer IPA

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Schüttgut in Kisten wird heute überwiegend manuell entladen oder rein mechanisch vereinzelt. Die Folgen sind körperliche Belastung für die Mitarbeiter oder hohe Kosten für spezialisierte und unflexible Vereinzelungsanlagen. Durch die Entnahme der Werkstücke durch einen zweiarmigen Roboter lässt sich hingegen eine flexible Werkstückzuführung aus Kisten auch für kleine bis mittelgroße Werkstücke mit kurzer Taktzeit wirtschaftlich realisieren. Die Grundlage des Systems stellt die am Fraunhofer IPA entwickelte Software "bp3 - BinPicking3D" dar.

Zwei-Armroboter
Beim Griff-in-Kiste kann ein zweiarmiger Roboter die industrielle Anwendung verbessern oder sicherstellen. Fraunhofer IPA hat mit bp3 - BinPicking3D die prämierte Software dafür entwickelt. (Foto: Fraunhoder IPA)

Anspruchsvolle Taktzeitanforderungen von unter zehn Sekunden sind einer der Hauptgründe für die derzeit noch geringe Verbreitung des sogenannten Griffs-in-die-Kiste, der automatisierten Entnahme von chaotisch gelagerten Werkstücken mit Industrierobotern. Gerade bei der Vereinzelung und Handhabung von Kleinteilen als Schüttgut werden kurze Taktzeiten gefordert. Bei Ansätzen mit einem einarmigen Knickarm-Roboter dauert meist schon die Bewegung des Roboters allein zu lange, um diese niedrigen Taktzeiten erreichen zu können. Damit sind sie für die Vereinzelung von Kleinteilen nur bedingt geeignet.

Durch den Einsatz von Zweiarm-Robotern und moderner Kameratechnik lässt sich die Handhabungszeit effektiv halbieren, indem der Roboter mit einem Arm greift, während er mit dem anderen Arm ein bereits gegriffenes Werkstück ab- bzw. einlegt.

Die Nutzung besonders schneller Bildaufnahmesysteme ist dabei essentiell, da die Zeitspanne, in der die Sensorik bei abwechselndem Griff freie Sicht auf den Inhalt der Kiste hat, äußerst kurz ist. Gegenüber einem System mit zwei Robotern ist dieser Ansatz sowohl kostengünstiger als auch platzsparender und durch die gemeinsame Steuerung außerdem besser zu implementieren und zu warten.

Ein wichtiges Kriterium von Griff-in-die-Kiste-Anwendungen ist die Prozesssicherheit und die vollständige Entleerung der Kisten. Hierbei hat das zweiarmige System einen weiteren Vorteil. So lassen sich an den Roboterarmen verschiedene Greifer, wie zum Beispiel unterschiedlich geformte Greiferbacken montieren. Befindet sich ein Werkstück in einer ungünstigen Lage, sodass es sich aufgrund der Geometrie und Störkontur eines Greifers nicht sicher greifen lässt, kann es dennoch in den meisten Fällen mit dem zweiten Greifer erfolgreich gegriffen werden.

Der Transport von Werkstücken mit komplexer Geometrie als Schüttgut beinhaltet ein weiteres Problem für den Griff-in-die-Kiste. Die Werkstücke liegen meist völlig chaotisch in der Kiste, müssen zur Weiterverarbeitung jedoch in einer definierten Lage abgelegt werden. Die Lage des Werkstücks in der Kiste kann es unmöglich machen, dieses mit nur einem Griff zu greifen und auch definiert abzulegen. Existierende Griff-in-die-Kiste-Systeme lösen dieses Problem mit einer Zwischenablage, auf der das Werkstück nach dem Griff abgelegt und erneut gegriffen wird. Dies kostet allerdings wertvolle Taktzeit und benötigt eine bauteilspezifische Zwischenablage, die den Vorteil an Flexibilität schmälern würde. Das Konzept mit Zweiarm-Roboter kann in diesem Fall direkt die beiden Arme verwenden, um das Werkstück umzugreifen und mit nur geringem Zeitverlust lagerichtig abzulegen.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Inf. Felix Spenrath
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Nobelstraße 12
70569 Stuttgart
0711/ 970 1037
http://ipa.fraunhofer.de/binpicking
felix.spenrath@ipa.fraunhofer.de