Roboter für die Werkstatt

Wirtschaftsthemen / 24.9.2009

Bislang setzen vor allem große Industrieunternehmen auf Roboter. Neue Konzepte machen den Einsatz der stählernen Gehilfen jetzt auch für kleine und mittlere Produktionen sowie für Handwerksbetriebe interessant.

IPA - Roboter für die Werkstatt
© Fraunhofer IPA

Stahlbau Schweißen Schweißroboter Industrieroboter

»Wir produzieren mit Robotern«, prangt in stolzen Lettern auf den Lastwagen der Firma Treffler. Der Familienbetrieb im Herzen Bayerns blickt auf eine lange Tradition zurück, die bis ins Siebzehnte Jahrhundert zurückreicht. Aus der einstigen Huf- und Nagelschmiede ist eine moderne Schlosserei mit fast 100 Mitarbeitern geworden. Und nun setzt man sogar einen Schweißroboter ein. »Das macht sonst niemand«, sagt Junior-Chef Paul Treffler. Dabei liegen die Vorteile auf der Hand: »Die Tschechen und Polen sind jetzt keine Konkurrenz mehr, denn der Roboter arbeitet drei- bis viermal schneller als ein Schweißer. Und die Qualität ist Wahnsinn!« Der Roboter kennt weder Müdigkeit noch schlechte Tage, sondern schweißt stets mit hoher Güte.

Den Innovationsvorsprung verdankt das bayerische Unternehmen einem EU-Projekt, das seit vier Jahren unter der Federführung des Stuttgarter Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA läuft und inzwischen fast abgeschlossen ist. An dem Projekt arbeiten auch das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe und das Fraunhofer-Instiut für System- und Innovationsforschung ISI in Karlsruhe mit. Es hat sich zum Ziel gesetzt, kleinen und mittelständischen Betrieben in unterschiedlichen Branchen den Zugang zu Robotern zu ermöglichen. Denn bisher profitieren vor allem große Industriebetriebe von der effizienten Technologie. Allein die Autobranche greift auf mehr als die Hälfte aller neuen Roboter zu – tonnenschwere Geräte, deren Installation und Programmierung oft Wochen dauert.

Kleine Unternehmen haben ganz andere Anforderungen an ihren Maschinenpark als die Industrie. Da sie nur vergleichsweise geringe Stückzahlen produzieren, brauchen sie flexible Roboter, die sich problemlos und rasch umrüsten lassen. Außerdem sollen die metallischen Helfer klein und handlich sein und sich in eine bestehende Umgebung einpassen – und sie müssen erschwinglich sein. Keine leichte Aufgabe. Letztlich musste das EU-Projekt »SMErobot« eine ganz neue Robotergeneration erschaffen. Die Abkürzung SME steht für Small and Medium sized Enterprises, sprich für kleine und mittlere Unternehmen. Das Projekt umfasst Forschungs- und Entwicklungsaufgaben auf der ganzen Bandbreite typischer Robotertechnologien: Antriebe, Sensoren, Steuerungen, Bediengeräte sowie die Vernetzung des Roboters mit CAD- und Produktionsdaten. Darüber hinaus haben die Forscher Methoden und Werkzeuge erarbeitet, so dass auch Nicht-Experten einfach und verläßlich den Robotereinsatz planen und die Wirtschaftlichkeit bestimmen können.

Alles, was in der Branche Rang und Namen hat, beteiligt sich daran: die fünf größten europäischen Roboterhersteller ebenso wie führende Forschungsinstitute und Universitäten bis hin zu IT-Firmen und Beratungsunternehmen. Auch die Zielgruppe, kleine und mittlere Betriebe aus unterschiedlichen Branchen, ist eingebunden, um ihre Wünsche und Anforderungen unmittelbar einbringen zu können. Von den mehr als 250 000 produzierenden Unternehmen dieser Größe, die es in Europa gibt, wurden vier typische Pilotanwender ausgewählt: neben der bayerischen Schlosserei Treffler, wo der Roboter schweißen muss, eine Schreinerei (hier sind unter anderem Bohren, Fräsen und Beschichten gefragt), eine Gießerei (Entgraten und »Putzen« von Gussteilen) und ein Schmiedeunternehmen (Beschicken von Maschinen).

Die Roboter lassen sich einfach programmieren

Die wichtigste Aufgabe der Forscher war es, die Programmierung des Roboters so stark zu vereinfachen, dass jeder Laie sie realisieren kann. Das Ergebnis steht im IPA-Labor: ein handlicher Schweißroboter, an dem zwei Griffe auffallen. Mit ihnen kann ein Arbeiter dem Schwenkarm »zeigen«, was er zu tun hat. Anstatt komplizierte Programme zu schreiben, genügt es, den Arm entlang der gewünschten Bewegungsabläufe zu führen, wobei ein integrierter Sensor gleichzeitig die Schweißkerbe ausmisst. Der Roboter versteht sogar einfache gesprochene Befehle. Damit es dabei keine Missverständnisse gibt, spielt auch der Kontext eine Rolle: Wenn der Roboter etwa eine Geschwindigkeitsangabe erwartet, ist er für andere Kommandos taub oder fragt gezielt nach. Die Entwickler haben sich auch über den Lärm Gedanken gemacht, der in vielen Werkhallen herrscht. Die Idee: Die Befehle werden über ein Kehlkopfmikrofon eingegeben.

Es gibt noch andere Möglichkeiten, den Roboter zu instruieren. So kann man die Befehle aus CAD-Informationen erzeugen lassen, wie sie vor allem im Stahlbau immer öfter vorliegen. Fehlen solche digitalen Angaben, reicht auch eine Handskizze mit einem digitalen Stift, in den eine Mini-Kamera integriert ist. Oder das Werkstück wird mit einem Handscanner des DLR in 3-D rasch abgescannt. Wie auch immer man den Roboter brieft – er zeigt stets in leicht verständlicher Graphik, was er verstanden hat, bevor er loslegt. Das erleichtert nicht nur die Bedienung, sondern erhöht auch die Sicherheit. Wenn Mensch und Maschine zusammenarbeiten, muss sichergestellt sein, dass der Roboter nicht aus Versehen einen Menschen streift oder gar verletzt. Um das zu verhindern, sind die stählernen Kollegen mit Sensoren ausgestattet – etwa Laserscannern oder Kameras, die den Abstand zwischen Mensch und Roboter messen. Je näher ein Arbeiter dem Roboter auf die Metallhaut rückt, desto langsamer arbeitet er, bis er schließlich stillsteht. Einen weiteren Meilenstein auf dem Weg zu einem sicheren und preiswerten Roboter hat das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe gesetzt. Es hat einen Kraft-Moment-Sensor entwickelt, der relativ einfach herzustellen ist und für Feingefühl sorgt. In den Manipulatorarm integriert, kann er einen Stoß gegen ein unerwartetes Hindernis erkennen – und einen Nothalt veranlassen. Außerdem hilft er bei der intuitiven Programmierung des Roboters: Er misst die Kraft, mit der der Roboterarm beim Einweisen geführt wird.

Ob aus all den neuen Ideen bald ein marktreifer Werkstatt-Roboter wird und wie er dann letztlich aussieht, entscheiden die Produzenten. Auf jeden Fall wird der »Neue« über »Plug-and-Produce «-Schnittstellen verfügen, ähnlich dem »Plug-and-Play« am heimischen PC: Der Roboter erkennt neue Komponenten – sei es einen Greifer, einen Sensor oder ein Bediengerät – und legt sofort los. Die neuen Gehilfen sind auch deutlich kleiner und leichter als die gängigen Roboter. So hat der Augsburger Hersteller Kuka hat einen Leichtbauroboter entwickelt, der nur zwölf Kilogramm wiegt.

Doch wie teuer wird die neue Roboter-Generation sein? Können sich auch kleine Unternehmen die Maschinen leisten? IPA-Experte Hägele ist zuversichtlich, dass die neuen Helfer erschwinglich sein werden. »Denn in der Industrie macht der Roboter selber als Daumenregel nur ein Viertel der Systemkosten aus«, betont er. Dazu kommen die Ausgaben für die Zuführund Vereinzelungstechnik, Sicherheitseinrichtungen, Programmierung und vieles mehr – was bei dem kleinen Bruder zum Teil entfällt.

Dem Unternehmer Paul Treffler wäre es nur recht, wenn es schon bald einen günstigen Kleinroboter gäbe. Denn er kann sich gut vorstellen, in seiner Schweißerei neben seinem Prototypen weitere schlaue Helfer einzusetzen. »Irgendwann«, davon ist er überzeugt, »hat jeder Schlosser seinen eigenen Roboter.«