Der Roboter als universelles Montagewerkzeug

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1 Der Roboter als universelles Montagewerkzeug Beispiel: Flugzeugmontage Robotics Kongress Dezember 2013, Robotation Academy Hannover Prof. Dr.-Ing. Hans Wernher van de Venn Leiter Institut für Mechatronische Systeme IMS Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften

2 Folie: 2 Industrieelle Automation heute & morgen Schweissroboter Bild: Kuka Karosseriemontage Bild: ABB Heute: Grossserien (mehrere 1000 Stck) Hoch automatisierte Anlagen Roboter getrennt vom Menschen Assistenzroboter Bild: ims/zhaw Montagehilfe Bild: SME Robot Morgen: Kleinserien Angepasste Automatisierungstechnik Kooperation Mensch und Roboter

3 Folie: 3 Realität konventioneller Roboterlösungen Problematik: Heutige Roboterlösungen sind für die Grossserie ausgelegt! Quelle: ABB Quelle: ABB Quelle: KleRo GmbH Quelle: Reis Robotics Quelle: Reis Robotics Quelle: ABB Planung Aufbau Einrichten Programmierung Inbetriebnahme Produktion Zeit

4 Folie: 4 Einrichten und Konfigurieren Einrichten und Konfigurieren Technisch anspruchsvoll Unterschiedlichste Schnittstellen Stark variabel (Arbeitsumgebung) Werkstück- / Werkzeugabhängig Systemabhängig Zeitintensiv Teuer Steuerung Programm Werkstück Roboter Umgebung Sensorik In der bisherigen Form nicht geeignet für Kleinserienproduktion Werkzeug Zusatzachsen Bedienung

5 Folie: 5 Anforderungen in der Kleinserie Unterschiedliche Produkte Hohe Variantenzahl Unterschiedliche Prozesse Produkt Bedienung Wechselnde, unstrukturierte Umgebungen Umfeld Einsatzbereich Einfache Bedienung ohne Programmierung Sicherheit Bild: ABB Hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit

6 Fixkosten, Vollautomation Fixkosten MRK Stückkosten [k] Prof. Dr.-Ing. Hans Wernher van de Venn Folie: 6 Wirtschaftlichkeit: Stückzahlabhängigkeit Roboterbasierte Vollautomation ims/zhaw Mensch- Roboter- Kooperation k ( K K x) f v / x manuell Kv K v Grenzstückzahl Grenzstückzahl Losgrösse [log x]

7 Direkte Mensch-Roboter-Kooperation Der Roboter als Werkzeug Quelle: Fraunhofer IPA ims/zhaw Quelle: Uni Bayreuth Prof. Dr.-Ing. Hans Wernher van de Venn Folie: 7

8 Folie: 8 Beispiel: Flugzeugbau

9 Folie: 9 Konventionelle Rumpfmontage Pilatus PC12

10 Folie: 10 Konventionelle Rumpfmontage Pilatus PC12

11 Folie: 11 Konventionelle Rumpfmontage Pilatus PC12

12 Folie: 12 Konventionelle Rumpfmontage Pilatus PC12

13 Folie: 13 Konventionelle Rumpfmontage Pilatus PC12

14 Folie: 14 Quelle: Pilatus Aicraft Ltd. Ausgangssituation Montage von Flugzeugskomponenten Kleinserien, maximal ca. 100 Flugzeuge / Jahr Brand: made in Switzerland Quelle: Pilatus Aicraft Ltd. Produkt Typische Kleinserie: Stückzahl zu gering für eine Vollautomation, manuelle Produktion zu teuer in CH Gesucht: Kostengünstige Automatisierungslösung mit dem Potential die Produktion in der Schweiz zu behalten

15 Folie: 15

16 Folie: 16 JigLess Airplane Assembly Lehrenlose Flugzeugmontage Flexible Semiautomatisierung für kleine Produktionsvolumen Mensch-Roboter-Kooperation Der Roboter wird zum Werkzeug. Verbindung von menschlicher Kognition mit der Präzision, Kraft und Ausdauer einer Maschine.

17 Folie: 17 Aufbau und Steuerung des Systems Kuka sichere Steuerung EN ISO RSI (Robot Sensor Interface) Steuerung / Sensorik Kraft-/ Momentensensor, Absolutmesssystem, Userinterface, Steuerung/Controller Moving Average Algorithmuswahl Jilas Controller Server Gewichtkompensation Steuerungsalgorithmen Pos pro Zyklus Roboter Roboter Steuerung Positionsregelung Motoren Geometrie Resolver Benutzer Kontaktkräfte Werkstückträgheit F/T Sensor Sollposition Istposition F/T Daten

18 Handführung des Roboters Lastkompensation/Tara Schwerpunkt Gewicht CAD oder semiautomatischer Messvorgang Bewegung im Raum Einfaches Handführen Grosse Kraftverstärkung Bewegung mit möglichen Kontakten Kontaktsicheres Handführen 3D Maus (am Greifer) Möglichkeit für Montage ohne Messsystem Prof. Dr.-Ing. Hans Wernher van de Venn Folie: 18

19 Genaue Zustellung über Relativmessung Leica Lasertracker AT901 mit T-Probe Zielpositionsbestimmung Messen von kongruenten Punkten an Seitenwand und Flugzeugrumpf. Roboterzielposenbestimmung : Z Koordinatentransformation current Y X target Z X TCurrent-Target Z Y Z AT 901 Y X WKS Y X TLeica-Wks Prof. Dr.-Ing. Hans Wernher van de Venn Folie: 19

20 Folie: 20 Montageablauf Video Hier sehen Sie den Film zum JILAS Montageablauf. Den Link zum Film finden Sie auf unserer Homepage unter:

21 Folie: 21 Mensch-Roboter-Kooperation Resultate: - Intuitive Handhabung - Robust - Flexibel - Praxisnähe - vorgegebenes Szenario ist machbar Weitere Informationen -

22 Folie: 22 Herausforderungen Quelle: Kuka Quelle: TU Dortmund Primäre Herausforderung: Gewährleistung der Sicherheit von Menschen beim Betrieb mit Robotern im gleichen Arbeitsraum Bestimmung der Risiken und daraus abgeleitete Massnahmen Weitere Herausforderungen: Technische bzw. technologische Anforderungen Medizinisch/ biomechanische Anforderungen Ergonomische Anforderungen Arbeitsorganisatorische Anforderungen

23 Folie: 23 Zusammenfassung und Ausblick Heute: Grossserienproduktion Möglichst Vollautomation Teure Roboterlösungen Erkennbar: Trend zur Kleinserie / Customizing Morgen: Kleinserienproduktion Der Roboter als universelles Werkzeug Herausforderungen für af&e: Einrichten, Betrieb, Umfeld und Sicherheit Umsetzungskriterium: Wirtschaftlichkeit

24 Folie: 24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

25 Folie: 25 ims Institut für Mechatronische Systeme We Apply Science Institut of Mechatronic Systems ZHAW Zurich University of Applied Sciences Prof. Dr.-Ing. Hans Wernher van de Venn Technikumstrasse 5 CH-8401 Winterthur IMS ist Mitglied bei: wernher.vandevenn@zhaw.ch Phone +41 (0) Fax +41 (0) Website: