Robotergestütztes Abfüllen

YASKAWA ist mit weltweit 430.000 installierten Einheiten einer der größten Hersteller von Industrierobotern.

Neben anwendungsbezogenen Varianten wie Schweiß-, Palettier-, Lackier- und Handling-Robotern umfasst das Sortiment auch Modelle für Labor- und Reinraumapplikationen. Das europäische Headquarter der Robotics Division von YASKAWA Europe GmbH ist ansässig in Allershausen und war somit bestens geeignet, das Forschungsprojekt RoboFill 4.0 zu unterstützen.

Zunächst galt es den richtigen Robotertyp auszuwählen, der allen Anforderungen entspricht. Dafür wurde mit dem YASKAWA Offline-Simulationsprogramm MotoSim vorab eine Zugänglichkeitsanalyse erstellt, um die verschiedenen Robotertypen auf Tauglichkeit zu prüfen.

Unter Zuhilfenahme des Layouts wurde untersucht, welcher Roboter für die Aufgabe in Frage käme. Im Vordergrund standen dabei die Kriterien Reichweite, Traglast, Genauigkeit und Taktzeit.

Zwei Roboter im Einsatz

Die Wahl fiel letztendlich auf den MOTOMAN MH24. Mit einer Traglast von bis zu 24 kg erscheint dieser auf den ersten Blick zwar überdimensioniert, allerdings lag hier das Augenmerk auf Reichweite und Aufbau des Roboters. Das Handgelenk mit Hohlwelle (Hollow wrist) dieses Modells erlaubt eine optimale Montage des Werkzeugs und das einfache Durchführen der Greifer-Kabel.

Um alle Teilnehmer erreichen zu können und einen konstanten Produktfluss zu garantieren, mussten an der Pilotanlage zwei Roboter eingesetzt werden. Ein Roboter sollte dabei den Nassbereich bedienen (Rinser, Füller, Warenausgang) und der zweite Roboter ist für die Handhabung im Trockenbereich verantwortlich (Beflammer, Drucker, Wareneingang).

Schnittstelle zwischen den beiden Bereichen stellt der XTS-Tisch dar, der von beiden Robotern bedient werden soll.

Sicherheitskonzept und Anlagenkommunikation

Um eine Anbindung an das Sicherheitskonzept zu gewährleisten, wurden die Roboter mit einer Sicherheitssteuerung (Functional Safety Unit) von YASKAWA ausgestattet. Diese ermöglicht u. a. das Definieren von sicheren Bereichen sowie die Einbindung der Werkzeugkonturen.

Ausgestattet mit zweikanaligen Sicherheitssignalen erfüllt die Sicherheitssteuerung die neuesten Sicherheitsstandards. Der Anbindung der Roboter an das Gesamtsicherheitskonzept stand somit nichts mehr im Wege.

Um mit dem MAS (Multi Agenten System) kommunizieren zu können, musste zudem ein OPC UA-Server (OPC UA = Open Platform Communications Unified Architecture) aufgesetzt werden. Diese Technologie ermöglicht es, mit jedem Teilnehmer direkt zu kommunizieren und Maschinendaten zu lesen und zu schreiben.

Somit können die Agenten (Roboter, Flaschen, Drucker, XTS etc.) untereinander „verhandeln“, um den besten Weg durch das Abfüllsystem zu finden.

Präzise Flaschentransporte

Die Hauptaufgabe der Roboter besteht darin, die Flaschen sicher von jedem Modul auf jede beliebige Station zu transportieren. Um das System noch flexibler zu gestalten, wurde ein Doppelgreifer eingesetzt. Somit sind die Roboter in der Lage, jeweils zwei Flaschen gleichzeitig zu transportieren.

Der Transport zwischen den Teilnehmern sollte so effizient wie möglich gestaltet werden. Dabei mussten die Flaschen mitunter sehr präzise gehandhabt werden (Drucker, Beflammer, XTS-Tisch), um einen reibungslosen Ablauf zu garantieren und alle Störkonturen zu umfahren.

Hierfür wurden ganze Sequenzen programmiert, die logisch zusammenhängende Vorgänge verknüpfen (z. B. Wareneingang > Beflammer > XTS). Um aber flexibel zu bleiben, wurden auch alle Einzelaktionen so programmiert, dass sie in beliebiger Reihenfolge aufgerufen werden können.

Es gab viele programmier-, aber auch hardwaretechnische Herausforderungen zu meistern. Allerdings zeigt das Endresultat, dass sich die Mühe gelohnt hat. Es wurde eine sehr flexible und innovative Abfüllanlage geschaffen, die demonstriert, wie Abfüllung mit geringen Losgrößen zukünftig wirtschaftlich automatisiert werden könnten.

www.yaskawa.de

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