Schunk JL1: Intelligenter Greifer mit dem richtigen Fingerspitzengefühl

Der Co-act Greifer JL1 erfasst automatisch, aus welcher Richtung sich ein Mensch nähert. So kann er rechtzeitig seine Bewegung verlangsamen, stoppen oder dem Roboter einen Befehl zum Ausweichen geben.

Dr. Markus Klaiber
technischer Geschäftsführer bei Schunk

„Unser Ziel ist es nicht, eine DGUV-Prüfung mit Ach und Krach zu bestehen, sondern wir wollen sowohl den Prozessverantwortlichen als auch den Bedienern ein Bündel an Features bieten, welche eine größtmögliche Effizienz, Praxistauglichkeit und vor allem Akzeptanz ermöglichen.“

Die Norm ist das eine, die Akzeptanz im täglichen Einsatz das andere. Das gilt auch und gerade für die Mensch-Roboter-Kollaboration. Aus gutem Grund hat der Kompetenzführer für Greifsysteme und Spanntechnik Schunk die Messlatte für seine MRK-Greifer der Co-act-Familie, und insbesondere für das Flaggschiff JL1, deutlich höher gelegt, als es die Norm definiert. „Vorgeschrieben ist lediglich, dass der Bediener nicht ernstlich verletzt werden darf“, erläutert Dr. Markus Klaiber, technischer Geschäftsführer bei Schunk. Für einen flächendeckenden industriellen Einsatz der Mensch-Roboter-Kollaboration sei das jedoch bei weitem nicht ausreichend. „Unser Ziel ist es nicht, eine DGUV-Prüfung mit Ach und Krach zu bestehen, sondern wir wollen sowohl den Prozessverantwortlichen als auch den Bedienern ein Bündel an Features bieten, welche eine größtmögliche Effizienz, Praxistauglichkeit und vor allem Akzeptanz ermöglichen“, verrät Markus Klaiber. Mit dem Schunk CO-act Greifer JL1 zeigt die Technologieschmiede, wohin die Reise geht.

Mithilfe taktiler Sensoren in den Fingern ist der Greifer in der Lage, die absolute Greifkraft zu bestimmen, die auf ein Objekt wirkt. So lässt sich gewährleisten, dass zerbrechliche Gegenstände, wie diese Glühbirne, nicht zerdrückt werden.

Konform zu RAMI 4.0

Dieses intelligente, nach den Leitgedanken der Industrie 4.0 aufgebaute Greifmodul für die Mensch-Roboter-Kollaboration verfügt über eine dezentrale Steuerungsarchitektur, die den RAMI 4.0 Leitlinien entsprechend konzipiert wurde. Mithilfe einer komplexen Sensorik und einer vollständig in den Greifer integrierten, künstlichen dezentralen Intelligenz ist der JL1 in der Lage, permanent Informationen über das gegriffene Bauteil sowie über das Umfeld zu erfassen, diese zu verarbeiten und situationsabhängig adäquate Reaktionen auszuführen. Eine innovative Kinematik, die sowohl einen Parallel- als auch einen Winkelgriff ermöglicht, stellt sicher, dass unterschiedliche Teilevarianten im Wechsel gehandhabt werden können. Taktile Sensoren überwachen dabei den zuverlässigen Griff in den Fingern und adaptieren die Greifparameter autonom. Mit eigens entwickelten Greifstrategien stimmt der feinfühlige Greifer sein Verhalten in Echtzeit darauf ab, ob ein Werkstück oder womöglich eine menschliche Hand gegriffen wird.

Vor allem im Bereich der Montageanwendungen wird die Zahl robotergestützter Assistenzsysteme steigen. Benötigt werden zuverlässige Greifer, die Safety-Funktionalitäten, Sensorik und eine durchgängige Vernetzung auf Komponentenebene vereinen.

Ausgeklügelte Annäherungssensorik

Der JL1 agiert „closest to the part“ und „closest to the human“, um eine größtmögliche Effizienz und Praxistauglichkeit zu erzielen in der Mensch-Roboter-Kollaboration. Die eingebaute Sensorik registriert Annäherungen von Menschen und ermöglicht eine situationsabhängige Reaktion, ohne dass Mensch und Roboter sich berühren. Die Annäherungssensorik ist in drei Zonen aufgeteilt: Jeder Finger für sich sowie das Gehäuse bilden jeweils eine eigene Zone und detektieren unabhängig voneinander Annäherungen des Menschen. So ist es zum Beispiel über das sukzessive Auslösen der Sensorik in den beiden Fingern möglich, die Richtung der Annäherung zu ermitteln und daraus eine Ausweichbewegung des Roboters abzuleiten. Über eine in den Greifer integrierte, frei programmierbare Steuerung können die entsprechenden Reaktionen vorverarbeitet und als Signal an die SPS geschickt werden. Diese erhält dann Befehle wie Geschwindigkeit um 25, 50 oder 75 Prozent reduzieren, stehenbleiben oder eine zuvor definierte Ausweichstrategie wählen. Der Wirkradius der aus der Annäherungssensorik des Greifers gewonnenen Daten beschränkt sich also nicht auf die Greiferfinger, sondern erstreckt sich auf den Roboter im Ganzen.

Statt wie bislang üblich einzelne Prozesse sequentiell in der SPS abzuarbeiten, ermöglicht der JL1 eine hochflexible autonome Prozessgestaltung. Dabei übernimmt der intelligente MRK-Greifer sowohl die Handhabung der Teile als auch die visuelle, kapazitive und taktile Überwachung des gesamten Umfelds sowie die Kommunikation mit dem Bediener. Hierfür wurde entsprechend der RAMI 4.0-Leitlinien eine dezentrale Steuerungsarchitektur mit parallel ausgeführten Diagnose- und Sicherheitsfunktionen realisiert. Diese multidirektionale Steuerung koordiniert im abgestimmten Zusammenspiel von Anlage, Greifer und Mensch hochflexible Prozesse in höchstvarianten Umgebungen und kann dabei künftig auf gelernte Erfahrung in einer Cloud zurückgreifen.

Die Basis für maschinelles Lernen ist gelegt…

Der JL1 kombiniert eine Fülle von Einzelsystemen – darunter fünf Micro-Controller sowie ein komplettes Micro-PC-System inkl. Betriebssystem und intelligenter Software, zwei Kamerasysteme zur Greifteildetektion im dreidimensionalen Raum, kapazitive Sensorsysteme in Fingern und Gehäuse zur Überwachung des unmittelbaren Umfelds in einem Nahbereich um das Roboter-Front-End und einiges andere mehr – zu einem smarten Gesamtsystem. Der integrierte Mini-PC ermöglicht die unmittelbare Auswertung der gewonnenen Prozessdaten (Data Analytics) und eine Reaktion in nahezu Echtzeit. Die gewonnenen Daten bzw. die daraus abgeleiteten Informationen (z. B. eine Zustandsdiagnose des Systems) stehen sowohl zur unmittelbaren Prozesssteuerung als auch zur kurz-, mittel- und langfristigen Prozessoptimierung zur Verfügung. Die Basis für ein maschinelles Lernen wurde mit dem integrierten Mini-PC ebenfalls gelegt. Das bedeutet: Innerhalb eines vorgegebenen Rahmens wird der JL1 in Zukunft sogar eigene Entscheidungen treffen können.