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Handhabungstechnik und Roboter

 

Betritt man heute die Fertigungshalle eines modernen Unternehmens (z. B. in der Automobilindustrie), so sind nur wenige Mitarbeiter zu sehen. Fahrerlose Wagen bringen Zuliefermaterial von einer Maschine zu nächsten. Handhabungsgeräte, die die Teile sicher und zuverlässig stapeln, beladen die Maschinen. Computergestützte numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen drehen, fräsen und bohren Werkstücke, die anschließend von Robotern geschweißt oder montiert werden. Die arbeitsintensiven manuellen Tätigkeiten des Einlegens, Spannens, Sortierens, Transportierens, Montierens usw. werden heute zu weiten Teilen von Robotern und Handhabungsgeräten durchgeführt.

 

 Handhabungsgeräte

 

Zu den Handhabungsgeräten zählen Manipulatoren und Einleggeräte. Manipulatoren dienen zum Bewegen schwerer Bauteile (z. B. in Gießereien) oder gefährlicher Lasten (z. B. in Kernkraftwerken). Sie werden manuell ferngesteuert und besitzen im Gegensatz zu Robotern keine Programmsteuerung. Einlegegeräte werden in der Großserienfertigung eingesetzt. Sie sind beispielsweise für das Beladen von Werkstücken an Werkzeug- oder Blechverarbeitungsmaschinen vorgesehen. Die Bewegungen geschehen meist von Punkt zu Punkt. Eine koordinierte, gleichzeitige Bewegung mehrerer Achsen ist in der Regel nicht vorgesehen. Bei der Beladung einer Drehmaschine kann das Einlegegerät über einen langen Träger (Portal) die Strecke von der Maschine zum Magazin zurücklegen, fertige Werkstücke transportieren, sortiert ablegen, mit dem Greifer ein neues Rohteil aufnehmen und über das Portal von oben in die Maschine zum Spannen einlegen. Je nach Stückzahl werden die Einlegegeräte entweder fest oder frei programmiert (flexible Fertigung). Frei programmierbare, zum Teil sensorgesteuerte Handhabungseinrichtungen mit einer Beweglichkeit in möglichst vielen Dimensionen nennt man Roboter.

 

 Aufbau von Industrierobotern

 

Industrieroboter sind mit Greifern und Werkzeugen ausgerüstete, programmierbare Handhabungseinrichtungen. Will man mit ihnen einen Körper im Raum beliebig drehen und verschieben, sind sechs Bewegungsrichtungen erforderlich: Die drei Dimensionen des Raumes (Länge, Breite und Höhe) müssen durch die Hauptachsen erreicht werden und um jede dieser Achsen muss eine Drehung (Nebenachsen) möglich sein. Je mehr Achsen (Gelenke) ein Roboter hat, desto beweglicher ist er, das heißt, umso mehr Freiheitsgrade besitzt er. Dabei zählen die Bewegungsmöglichkeiten des Greifers nicht mit.

 

Auch Roboter mit sechs Freiheitsgraden (f = 6; z. B. Schweißroboter) sind in ihrem Arbeitsraum begrenzt und können nicht immer alle Stellen eines zu bearbeitenden Werkstückes erreichen. Mithilfe von Positionierungseinrichtungen muss das Werkstück in seiner Lage verändert werden können. Diese Vorrichtungen sind zum Teil selbst frei programmierbar, sodass das Werkstück z. B. während des Bearbeitens gedreht oder gehoben werden kann. Ein wichtiges Kriterium für die Güte einer Roboterfertigung ist die Wiederhol- und Positioniergenauigkeit. Sie liegt bei Industrierobotern zwischen 0,2 und 4 mm.

 

Als Antriebssysteme für Industrieroboter werden Elektromotoren, Hydraulikmotoren beziehungsweise -zylinder oder pneumatische Systeme eingesetzt.

 

 Programmierung von Robotern

 

Die Programmierung eines Roboters kann auf drei verschiedene Arten erfolgen:

 

Bei der textuellen Programmierung wird der Programmablauf durch Anweisungsbefehle für jede Achse in einer »Roboter-Programmiersprache« geschrieben, was bei vielen Freiheitsgraden sehr aufwendig ist. Im Teach-in-Verfahren wird der Roboter von Hand an die Raumpunkte angefahren. Die Stellung der Achsen wird gespeichert und anschließend vom Roboter nachgefahren. Bei besonders schwierigen Bahnen (z. B. beim Lackieren) wird auch die Play-back-Programmierung eingesetzt. Hierbei wird die Roboterhand (oder eine entsprechende Messsensorik) manuell geführt. Etwa alle 20 Millisekunden wird die jeweilige Position der Bahnbewegung gespeichert.

 

 Fertigen mit Robotern

 

Ein wichtiges Einsatzgebiet für Industrieroboter ist das Schweißen. Mit ihrer Hilfe können auch komplizierte Werkstücke (z. B. Heizkesselwärmetauscher) gefertigt werden. Während der Schweißer sein Arbeitsergebnis ständig vor Augen hat und kontrolliert, ist der Roboter »blind«. Selbst das Fehlen des Werkstücks würde er ohne Sensorik nicht bemerken. Deshalb werden Roboter mit berührenden (taktilen), optischen oder elektrischen Sensoren ausgestattet. Mit ihnen »fühlt« der Roboter z. B. die Lage und Form des Werkstücks und kann den Abstand dazu selbstständig korrigieren. Ein weiteres großes Einsatzgebiet von Industrierobotern ist die Montage.