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Bilder: SMErobot 14 Produktion Technik : Trends und Reports 25. Juni 2009 • Nr. 26 Robotik Hörige Helfer an der Werkbank – Roboter rechnen sich auch für kleine Betriebe von Bernd Müller Produktion Nr. 26 , 2009 STUTTGART (mg). Hohe Flexibilität, geringe Kosten – das EU-Projekt SMErobot präsentiert neue Konzepte für die Roboter der Zukunft. Vor allem kleinen und mittleren Unternehmen erleichtern sie den Einstieg in die Automatisierung. Roboter sind teuer und nur für große Stückzahlen geeignet, vorzugsweise in der Automobilindustrie. Mit diesem Vorurteil räumt das EU-Projekt SMErobot auf, das im April nach vier Jahren und 20 Millionen Euro Gesamtkosten zu Ende ging. Die neue Roboter-Generation, die die 17 Partner aus Forschung und Industrie im Projekt entwickelt haben, sind klein, flexibel, leicht zu bedienen und so günstig in Anschaffung und Unterhalt, dass sie sich auch für kleine und mittelständische Betriebe rechnen. Roboter statt Lohnkürzung – „SMErobot weist kleinen Unternehmen den Weg aus dieser Automatisierungsfalle“, verspricht Projektkoordinator Martin Hägele vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung bei der Abschlusskonferenz, die Anfang Mai am IPA in Stuttgart stattfand. Eine Million Industrieroboter schufteten 2008 weltweit in Fabriken – dabei ist ihr Marktanteil in der Automobilindustrie seit 2005 rückläufig. Mittlerweile gehen etwa 60 % �� der flinken Automaten in Anwendungen außerhalb der Fahrzeugproduktion. Gleichzeitig hat die Nachfrage nach Robotern für das Materialhandling deutlich zugenommen. Während Roboter bisher unter schwersten Bedingungen ohne menschliche Unterstützung arbeiteten, etwa in Schweißstraßen, wird ihre Bedeutung als ‚dritte Hand‘ zunehmen, die Arbeiter bei kniffligen manuellen Aufgaben unterstützt. Hinzu kommt, dass der Durchschnittspreis für einen Roboter seit 1990 um 60 % gefallen ist. „Noch nie war Automatisierung so billig und auch für kleine und mittelständische Betriebe erschwinglich“, so Martin Hägele. Die neue Flexibilität zahlt sich auch in KMUs aus Die eigentliche Kostenersparnis bringe jedoch nicht der Roboter, so Hägele, der mache ohnehin nur ein Drittel der Investitionskosten aus. Mit der zunehmenden Flexibilität der neuen Robotergeneration schrumpfe auch der Aufwand für die Peripherie in Produktionsanlagen. Ziel von SMErobot ist die Roboterzelle, die in drei Tagen aufgebaut und programmiert und ebenso schnell für neue Aufgaben umgerüstet werden kann – ‚Plug and Produce‘ haben sich die Projektpartner auf die Fahnen geschrieben. Diese neue Flexibilität zahlt sich auch in KMUs aus. Das beweist ein �� Software-Tool des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung in Karlsruhe, das mit den Eingaben von Material- und Arbeitskosten, Wartung und weiteren Parametern die Lebenszykluskosten für die Einführung eines Roboters berechnet. „In drei von vier untersuchten Fällen ist der Roboter wirtschaftlicher als die manuelle Arbeit“, sagt Ute Weissfloch vom Fraunhofer ISI. In der Regel amortisie- re sich die Investition in weniger als eineinhalb Jahren. Eine Umfrage des Karlsruher Instituts in sechs EU-Ländern zeigt: Ein Drittel der 480 befragten KMUs setzt bereits Roboter ein, 53 % von ihnen zur Materialhandhabung. Bleiben zwei Drittel der KMUs, die noch keine Roboter nutzen. Laut Umfrage sind die Hauptgründe zu kleine Losgrößen oder fehlendes Personal. „Das ändert sich mit SMErobot“, prophezeit Ute Weissfloch. Denn Ziel des Projekts sei, die Bedienung so zu vereinfachen, dass auch der Arbeiter an der Werkbank ohne Programmierkenntnisse den Roboter innerhalb von Minuten für eine neue Aufgabe trainieren könne. Dass das gelingt, bestätigen die fünf Mitarbeiter der Schreinerei Som in Michelstadt. Seit zwei Jahren fräst und bohrt ein Roboter Holzplatten Energie Links: die dritte Hand: Ein Roboter reicht Bauteile und hält sie in definierter Position – der Werker hat so beide Hände zum Schweißen frei. Mitte: Der Leichtbau-Roboter des DLR ist ein echter Schwerarbeiter: Sein Arm, der dem eines Menschen nachempfunden ist, wiegt nur 13,5 kg, bewegt aber Lasten bis zu 15 kg. Rechts: Der Schweißroboter lässt sich in fünf Minuten programmieren. Er wird von Hand über das Werkstück geführt und merkt sich die Bewegung. von Klaus Hiemer Produktion Nr. 26 , 2009 LEUNA. Chemisch-biotechnische Verfahren sollen künftig verstärkt ihren Weg vom Labor in die technische Anwendung finden. In Leuna in Sachsen- Anhalt ist deswegen ein Forschungszentrum geplant, in dem das Trendthema Biomasse intensiv und praxisorientiert verfolgt wird. Weltweit arbeiten Chemieunternehmen daran, den Rohstoff Erdöl durch nachwachsende Rohstoffe zu ersetzen. Schon heute werden viele Produkte aus Biomasse hergestellt. Dazu sind ausgefeilte Verfahren notwendig. Viele Inhaltsstoffe der Pflanzen müssen beispielsweise durch Enzyme chemisch verändert werden, bevor sie sich für eine Weiterverarbeitung eignen. Die Pflanzenstoffe müssen je- „Gerade jetzt brauchen die Betriebe flexible Konzepte und niedrige Kosten.“ Martin Hägele, Fraunhofer IPA und das mit herkömmlichen Elektrowerkzeugen, die mit einem Adapter einfach an den Roboter geklemmt werden. Die Zeitersparnis betrage etwa 50 %, sagt Dr. Manfred Dresselhaus, der beim Hersteller Reis Robotics in Obernburg Forschungs- und Verbundprojekte koordiniert. Doch bis jede Schreinerei sich den stählernen Kollegen in die Werkstatt stellen könne, werde es sicher noch fünf Jahre dauern, dann erst sei mit Vorserienmodellen zu rechnen. Auch der futuristisch aussehende Kleinroboter, den die Augsburger Kuka GmbH auf der SMErobot-Abschlusskonferenz präsentierte, wird bisher nur an Forschungs- und Entwicklungspartnerverkauft. „In ein bis zwei Jahren wollen wir ein Produkt anbieten“, sagt Volker Schmirgel von Kuka. Was die potenziellen Käufer erwartet, beeindruckt schon jetzt: Der Roboterarm folgt den Handbewegungen Schmirgels, zeichnet seine Bewegungen auf und fährt die exakt gleiche Position später wieder an, wenn er dasselbe Werkstück greift. Ein kombinierter Kamera-Laser-Scanner des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Weßling erkennt die Geometrie des Werkstücks. Gerade für die Mensch- Maschine-Schnittstelle haben sich die doch in konstanter Qualität und zu günstigen Preisen verfügbar sein, um im industriellen Maßstab als Rohstoffquelle dienen zu können. Neue Verfahren sollen dabei ohne Lebens- und Futtermittel auskommen. „Die Nutzung nachwachsender Rohstoffe in industriellen Dimensionen ist selbst für große Unternehmen ein erheblicher finanzieller und technologischer Kraftakt. Viele kleine und mittlere Unternehmen scheitern, obwohl sie im Labor bereits attraktive Produkte erfolgreich entwickelt haben. Mit der Schaffung des CBP unterstützen wir daher gezielt diesen kritischen Schritt auf dem Weg in die industrielle Anwendung innovativer Produkte und Verfahren unter Nut- Partner des Projekts einiges einfallen lassen. So hat ABB die Führung mit der Hand um eine Steuerung mittels Sprachkommandos ergänzt. Zum Abtasten eines komplizierten Werkstücks und Hochladen des Programms in den Schweißroboter genügen ein halbes Dutzend Befehle und wenige Minuten. Die Ergebnisse von SMErobot kommen in der Krise gerade recht Ein wichtiger Aspekt im Projekt war die Sicherheit. Denn Schutzzäune, wie bei den Schweißrobotern in der Automobilproduktion, sind bei der neuen Robotergeneration tabu, wenn Mensch und Maschine Hand in Hand arbeiten sollen. Deshalb haben die Partner Schutzkonzepte mit Kameras oder kapazitiven Sensoren entwickelt, die Bewegungen von Personen im Aktionsradius des Roboters sofort erkennen und diesen abschalten. Die Ergebnisse von SMErobot kämen in der Wirtschaftskrise gerade recht, sagt Martin Hägele. Die Entwickler hätten sich in den letzten Jahren zu sehr auf Serviceroboter, zum Beispiel für Haushaltsarbeiten, konzentriert und die Industrie etwas vernachlässigt. Von den Erkenntnissen aus SMErobot würden auch traditionelle Automatisierungskonzepte in großen Unternehmen profitieren. Hägele: „Gerade jetzt brauchen die Betriebe flexiblere Konzepte und niedrigere Kosten.“ Ausgefeilte Verfahren für Biomasse-Produkte Industrielle Anwendung soll einfacher werden zung der industriellen Biotechnologie. Dadurch stärken wir nicht nur die regionale Kompetenz und schaffen die Grundlage für neue Arbeitplätze in der Region, sondern setzen auch ein Zeichen mit nationaler Signalwirkung“, erläuterte Minister Dr. Reiner Haseloff die herausragende Bedeutung des Zentrums für das Land Sachsen-Anhalt. Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB und für Chemische Technologie ICT planen das CBP gemeinsam mit der InfraLeuna GmbH. Mit diesem sehr flexibel einsetzbaren Bioraffineriekonzept bieten sich neue Möglichkeiten, um in Zukunft biologische Rohstoffe verarbeiten zu können und nach Bedarf Öle, Fette, Cellulose, stärke- oder zuckerhaltige Rohstoffe als Ausgangsstoffe für Produkte zu gewinnen.
25. Juni 2009 • Nr. 26 Technik : F & E Produktion 15 Technische Universität München EU bewilligt 19 Mio Euro für die Robotikforschung Produktion Nr. 26 , 2009 GARCHING (mg). Die Stärkung der europaweiten Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie im Bereich Robotik ist das Ziel des neu bewilligten EU-Projekts ‚ECHORD‘ (European Clearing House for Open Robotics Development). Mit einem Projektumfang von 24 Mio Euro und knapp 19 Mio Euro an Fördermitteln der EU erhält die Robotikforschung der Technischen Universität München (TUM) internationales Gewicht. Bild: Technische Universität München Mensch und Roboter sollen zukünftig zusammenarbeiten. Im Rahmen von ECHORD werden neue Aufgabenstellungen bei der Anwendung von Robotern in Kooperationsprojekten zwischen Wissenschaft und Industrie bearbeitet. Ziel dieser weltweit einzigartigen Vernetzung ist es, die schon jetzt führende Position Europas in diesem Markt zu sichern und weiter auszubauen. Aufgabe des Projekts ist ferner die Durchführung eines ‚strukturierten Dialogs‘ zwischen Forschern und Anwendern, um neue Konzepte und Technologien schnell in die Anwendung zu bringen. Genau darauf wurde ECHORD zugeschnitten, indem etwa 50 einzelne Projekte (‚Experimente‘) mit Laufzeiten von 12 bis 18 Monaten konkrete Fragestellungen aus der industriellen Praxis bearbeiten und zukunftsweisende Lösungen implementieren. Im Rahmen von Robotik Bionischer Roboterarm eröffnet neue Anwendungen Produktion Nr. 26 , 2009 DARMSTADT (mg). Wissenschaftler von der TU Darmstadt haben in einem Verbundprojekt mit weiteren Forschungseinrichtungen jetzt einen bionischen Roboterarm entwickelt, der am menschlichen Arm orientiert ist und besonders geeignet ist für kleinere und mittlere Unternehmen. Derzeit wird der sogenannte ‚BioRob‘ in verschiedenen Anwendungsszenarien getestet. Deutschland ist der weltweit zweitgrößte Produzent und Nutzer von Industrierobotern – und könnte diese Position in Zukunft noch weiter ausbauen. Da Roboter schnelle und präzise Bewegungen auch dann ausführen müssen, wenn sie große Lasten tragen, werden sie traditionell massiv ausgelegt. In dieser Bauweise sind Kollisionen mit Menschen gefährlich, weshalb die Roboter abgeschirmt werden müssen. Muskel-Sehnen-Apparat des Menschen diente als Vorbild Der neuartige Roboterarm BioRob ist dem Muskel-Sehnen-Apparat des Menschen abgeschaut. „Wir haben erstmals einen bionischen Manipulator entwickelt, der in vier Hauptachsen elastisch angetrieben wird“, erklärt Prof. Dr. Oskar von Stryk, in dessen Fachgebiet Simulation, Systemoptimierung und Robotik der BioRob in Zusammenarbeit mit der TETRA GmbH, Ilmenau, entwickelt wurde. Die elastische Funktion von Sehnen und Muskeln übernehmen dabei beidseitig verspannte Federn. Der Antrieb funktioniert mit Hilfe von Elektromotoren, die die Gelenke über die Federn bewegen. Dieser Antrieb erhöht die passive Sicherheit der Konstruktion, so dass der an der Reichweite und Taktrate des menschlichen Arms orientierte BioRob auch im direkten Umfeld des Menschen ohne Abschirmung eingesetzt werden kann. „Damit eröffnen sich für die Industrie ganz neue Möglichkeiten, und auch für mittelständische Unternehmen wird ein solcher bionischer Roboter interessant“, erläutert Prof. von Stryk. „Das Ergebnis ist ein radikaler Paradigmenwechsel in der Robotik“, betont von Stryk. „Bei konventionellen Robotern wurde Elastizität jahrzehntelang als nachteilig bewertet und möglichst vermieden. Denn bei den herkömmlichen, starren Industrierobotern wirken hohe Kräfte und Momente auf die Armglieder und Gelenkantriebe, so dass die Gefahr besteht, dass diese sich unter der Belastung Bild: TU Darmstadt verformen.“ Deshalb wurden die einzelnen Glieder bislang massiv verstärkt, was zu schweren Konstruktionen mit unnachgiebigen Bewegungen führte. „Bei unserem bionischen Roboterarm wird gezielt Elastizität in die Konstruktion eingebracht, denn durch die elastische Verspannung der Glieder werden diese entlastet und verbiegen sich weniger schnell“, meint von Stryk. Größe und Tragkraft des Bio- Rob orientieren sich am menschlichen Arm. Der Manipulator wird eine Reichweite von ca. 0,5–0,9 m besitzen und eine maximale Traglast je nach Konfiguration von ca. 2–3 kg bei einem Eigengewicht von 3–3,5 kg haben. Die Taktraten, die mit dem Manipulator erreicht werden sollen, liegen bei maximaler Traglast im Bereich von 1 s. Derzeit wird der BioRob in verschiedenen Anwendungsszenarien getestet: bei der Handhabung von ECHORD erhalten Institute und Forschungseinrichtungen die Möglichkeit, ihre Entwicklungen auf neuester, industrienaher Hardware zu betreiben. Innerhalb der Projektlaufzeit von dreieinhalb Jahren werden in drei Runden offene Ausschreibungen durchgeführt, zu denen alle europäischen Hersteller und Forschungsgruppen Anträge für Experimente einreichen können. Es ist die erklärte Absicht des Projekts, Einstiegshürden für potentielle Antragsteller so niedrig wie möglich zu halten und schnell zu messbaren Resultaten zu gelangen. Die Experimente kön- Ausgezeichnet Der BioRob wurde auf der internationalen Robotik-Tagung EURON in Leuven mit dem ‚EUROP/EURON Robotics Technology Transfer Award‚ ausgezeichnet. Der Award wurde gemeinsam von European Robotics Technology Platform (EU- ROP) und European Robotics Research Network (EURON) ausgeschrieben und wird „in Anerkennung herausragender Leistungen in europäischer Robotertechnologie“ verliehen. Der BioRob konnte sich unter fünf Finalisten aus ganz Europa durchsetzen. Der EUROP/ EURON-Technologie-Transfer- Preis wird jedes Jahr gemeinsam für hervorragende Innovationen im Bereich der Robotik und Automation verliehen. Ziel ist es, Exzellenz in der angewandten Forschung zu fördern und den Technologietransfer zwischen Forschung und Industrie zu stärken. Der Award wird durch die Industriepartner ABB, KUKA Roboter, Comau, GÜDEL und SCHUNK unterstützt. Der am menschlichen Arm orientierte BioRob ist besonders für kleine und mittlere Unternehmen geeignet. kleinen Aluminiumobjekten in der Produktion, beim automatisierten Setzen von Pflanzenstecklingen und bei der Handhabung von biologischen Proben bei Tiefsttemperaturen, wo er ohne Schutzhülle in Temperaturbereiche bis -160 °C greifen kann. Der Roboterarm lässt sich leicht von Hand führen, wodurch eine schnelle Programmierung von Bewegungsabläufen möglich ist. Die TU Darmstadt übernimmt die Koordination des Projektes Die TU Darmstadt koordiniert das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt. Als Verbundpartner beteiligt sind die TE- TRA Gesellschaft für Sensorik, Robotik und Automation mbH sowie das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik. Fraunhofer Verbrauch von Bearbeitungsmaschinen senken Produktion Nr. 26 , 2009 AUGSBURG (lz). Die Fraunhofer-Projektgruppe ‚Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen RMV‘ hat ihre Arbeit aufgenommen. Ihr Ziel ist, den Energie- und Materialverbrauch von Verarbeitungsmaschinen um 20 bis 30 % zu senken. Federführend in der Außenstelle des Chemnitzer Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ist Prof. Gunther Reinhart, einer der beiden Leiter des Instituts für Werkzeugmaschinen und Be- triebswissenschaften an der TU München. Sein Team untersucht Papier-, Textil-, Lebensmittel-, Druck- oder Verpackungsmaschinen und entwickelt energie- und ressourcensparende Lösungen für alle Prozessschritte. Mit Mechatronik Energie und Rohstoffe sparen So nutzen die Wissenschaftler z. B. Verfahren der weißen Biotechnologie, entwickeln neuartige mechatronische Maschinen, Komponenten und Bauteile und versehen diese mit mehreren Funktionen. Es geht darum, tech- nologisch hochentwickelte Sensorik mit innovativer Aktorik und künstlicher Intelligenz innig zusammenwirken zu lassen. Mechatronik hilft dabei, Energie und Rohstoffe zu sparen. „Bei genauer Analyse eines typischen Produktlebenszyklus fällt auf, dass in vielen Produkten ein wesentlich größerer Anteil an Ressourcen steckt, als ihr Gewicht erahnen lässt“, sagt Reinhart. Für die Erzeugung und den Transport der Produkte sei Energie notwendig, die hauptsächlich über den Einsatz von Brennstoffen zur Verfügung gestellt werde. Rechne man auch die Gewinnung der Rohstoffe, die Herstellung und das Recycling dazu, bekomme jedes Produkt ganz neue Ausmaße. Für diesen Ressourcenverbrauch gebe es das Bild des ökologischen Rucksacks. Nach diesem Modell wiege eine Armbanduhr 12,5 Kilogramm und ein Notebook mehrere Tonnen. Die Arbeitsgruppe ist vorerst auf fünf Jahre befristet. Für den Aufbau werden vom Land Bayern 5 Mio Euro aus dem Programm Bayern 2020 bereitgestellt. Ist die Projektgruppe erfolgreich, kann sich daraus mittelfristig ein eigenständiges Fraunhofer-Institut in Augsburg entwickeln. nen sich in einem von drei aufeinander aufbauenden Szenarien abspielen: Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine, hyperflexible Fertigungszellen und kognitive Fabriken. Dabei werden als Forschungsschwerpunkte Mensch-Roboter-Schnittstellen und Sicherheit, Roboterhände und komplexe Manipulation, mobile Manipulatoren und Kooperation sowie vernetzte Roboter betrachtet. Das bereits im Aufbau befindliche Service-Center des ECHORD-Projekts wird als zentrale Plattform für Industrie und Wissenschaft im Bereich Robotik dienen. ��
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