Referenzprojekte zum Thema Montagetechnik und Robotik

InTeleMat ist eine Initiative des Fraunhofer IWU sowie regionaler Industriepartner und Forschungseinrichtungen. Beschäftigte beim kontinuierlichen und möglichst eigenständigen Erwerb von Qualifikationen und Kompetenzen on the job zu unterstützen, ist ein zentrales Anliegen von InTeleMat.

Industrielle Manipulatoren zur Werkstück- oder Werkzeughandhabung sind Kernkomponenten in nahezu allen Produktionsanlagen. Angesichts der steigenden Industrieanforderungen an Leistung, Präzision, Bauraum und Effizienz existiert auch ein Bedarf dafür, dass Roboter und industrielle Greifer schneller, leichter und präziser werden. In der Regel werden diese Greifer entweder elektromechanisch oder pneumatisch angetrieben. Während elektrische Antriebe viel Raum in Anspruch nehmen, ist bei pneumatischen Greifern vor allem der hohe Energieverbrauch und die Notwendigkeit zusätzlicher Anbausensoren von Nachteil. In Zusammenarbeit mit einem Industriepartner wurde ein Greifersystem auf Basis von thermischen Formgedächtnislegierungen (FGL) entwickelt, das kompakt und nicht auf zusätzliche Sensorik angewiesen ist.

Das am Fraunhofer IWU entwickelte Bahnplanungs-Framework ermöglicht die Generierung von kollisionsfreien Roboter-Trajektorien sowie die Bahnoptimierung nach Zeit, Energie oder Verschleiß. Zudem gewährleistet es die Berechnung von Verriegelungsabständen unter Berücksichtigung des dynamischen Roboterverhaltens für roboterbasierte Anlagen.

Die am Fraunhofer IWU entwickelte Methode macht es erstmals möglich, Sicherheitsbereiche für roboterbasierte Anlagen - unabhängig von der Kinematik - effizient und zuverlässig zu berechnen. Auf Basis der realen Bewegungsbahnen und Geschwindigkeiten werden – im Gegensatz zum Status Quo – nur dort Gefahrenbereiche berechnet, wo auch Gefahren entstehen können. Das spart Platz und lässt Mensch und Roboter näher zusammenrücken.

Speziell für die Fahrzeugfertigung wurde am Fraunhofer IWU gemeinsam mit einem deutschen Fahrzeughersteller eine vollautomatisierte Roboterzelle geschaffen, mit der Bauteile unterschiedlicher Fahrzeugmodelle vorsortiert werden (Kommissionierung). Die Zelle ist so konfiguriert, dass mit ihr ohne manuelle Umbauten unterschiedlichste Bauteiltypen automatisch kommissioniert werden können. Das Greifen und Sortieren erfolgt roboterbasiert mit eigens entwickelten flexiblen Greifsystemen.

Die Produktion steht aktuell in fast allen Branchen vor der großen Herausforderung, Flexibilität, Agilität und Nachhaltigkeit bei maximaler Produktivität und Qualität zu gewährleisten – und das natürlich bei minimalen Kosten. Eine Lösung kann hier der Einsatz von COBOTs sein, die je nach Anwendungsszenario eine flexible und bedarfsgerechte technologische Erweiterung von Werkzeugmaschinen erzielen – ob beim klassischen Teilehandling, der Werkstückbearbeitung, bei Qualitätskontrollen oder auch als Maschinenbediener mit eigenem Know-how. Die Möglichkeiten für den wirtschaftlichen Einsatz von COBOTs sind breit und vielfältig.

Das Flugaufkommen hat in den letzten Jahrzehnten rasant zugenommen. Um den entsprechend hohen Bedarf an Transportmitteln zu decken, ist eine Modernisierung der Fertigungsabläufe im Flugzeugbau unumgänglich. Bislang erfolgt die Tragflächenmontage überwiegend noch manuell. Konventionelle Industrieroboter gelangen nicht durch die engen Öffnungen der Tragflächen. Eine solche Automatisierungslösung mit beweglichen Gliedern wird am Fraunhofer IWU in Chemnitz im Rahmen eines von der Sächsischen Aufbaubau (SAB) geförderten Projekts entwickelt.

Die zunehmende Individualisierung bedingt eine steigende Variantenvielfalt sowie kürzere Produktlebenszyklen in der Automobilindustrie. Um einzelne Elemente zusammenzubauen, werden die Bauteile in typenspezifische Vorrichtungen eingespannt. Das noch nicht fest verschweißte Bauteil ist ein instabiles Gebilde – daher müssen Mitarbeiter die Spannelemente der Vorrichtung exakt justieren. Der Prozess ist komplex und der Erfolg der Stellmaßnahmen maßgeblich abhängig von der Erfahrung des Mitarbeiters. Am Fraunhofer IWU wurde gemeinsam mit einem Industriepartner ein Prototyp für ein Software-Assistenzsystem zur Automatisierung dieses Prozesses entwickelt.

Mithilfe eines digitalen Druckverfahrens können Funktionsfluide ohne zusätzlichen Werkzeug-, Schablonen- und Montageaufwand flexibel und ortsvariabel auf planare oder 3D-Oberflächen aufgetragen werden. Je nach aufgebrachtem Muster lassen sich damit Funktionselemente wie Leiterbahnen, Sensoren, Antennen, Heizelemente oder Aktoren realisieren. Dadurch wird eine flexible und stückzahlunabhängige Produktivität erreicht.

Die europäische Fertigungsindustrie steht vor mehreren Herausforderungen. Dazu gehören u. a. der Übergang von der Massenproduktion zur kundenspezifischen Fertigung, die ständig zunehmende Komplexität der Produktionslinien, der Wettbewerb mit Ländern mit niedrigem Einkommen, das Risiko von Pandemien und die Erwartung niedriger Fehlerquoten. Das Projekt GreenBotAI zielt darauf ab, die Reaktions- und Latenzzeiten von Industrierobotern zu reduzieren, die Bahnplanung zu optimieren und die fließende Ausführung bestimmter Aufgaben zu ermöglichen. Das Projekt befasst sich mit der Entwicklung der notwendigen Hardwarekomponenten sowie modernster Deep-Learning-Methoden zur Überwachung, Datenverarbeitung und Fehlerkontrolle, um eine neue Generation der Robotik zu schaffen. Ein Hauptziel des Projekts ist die Senkung des Energieverbrauchs für Roboteraufgaben um 50 %.