Für Entwicklungs- und Evaluierungszwecke baut Merck am Standort Darmstadt eine Prototyping- und Trainingsplattform für kollaborative Roboter auf. Die herstellerübergreifende Programmiersoftware ArtiMinds Robot Programming Suite soll bei der durchgängigen Umsetzung der Roboteranwendungen unterstützen.

Kollaborative Roboter (Cobots) halten zusehends Einzug in unsere Arbeitswelt und werden in Arbeitsabläufe integriert – auch beim Chemie- und Pharmaunternehmen Merck. Denn mit ihnen können Arbeitsschritte automatisiert und dadurch Mitarbeiter von gefährlichen oder standardisierten Routinetätigkeiten entlastet und nicht zuletzt die Qualität verbessert werden. Aber der Umgang mit Robotern will gelernt sein. Darum haben das Site-­Management-Engineering-Team und die Technische Ausbildungsabteilung von Merck eine Prototyping- und Trainingsplattform für Cobots am Standort Darmstadt aufgebaut.

An dieser Anlage können komplexe Roboteranwendungen simuliert, die Machbarkeit getestet und wichtige Themen wie unter anderem Sicherheitstechnik demonstriert werden. Neben dem Aufbau und der Vertiefung von Robotik-Know-how ist dies auch ein Beitrag zur Arbeitssicherheit, da so der sichere Umgang mit Robotern schon früh in die Ausbildung integriert wird. Das Wissenschafts- und Technologie­unternehmen ist überzeugt: Neugier hat die Kraft, die Welt zu verändern. Daher ist es Merck wichtig, diese Neugier schon in der Ausbildung zu fördern und mittels der Anlage den technischen und produktionstechnischen Auszubildenden zu ermöglichen, neue Technologien kennen und nutzen zu lernen.

„Die grafische Benutzeroberfläche der Roboterprogrammiersoftware macht spezifische Programmier­kenntnisse überflüssig."

Machbarkeit von Anwendungen evaluieren

Neben der Nutzung als Trainingsplattform dient diese Anlage auch dem frühen Testen von Roboteranwendungen. Um die Arbeitsumgebung des Roboters aufzubauen, werden Rapid-Prototyping-Technologien wie 3D-Druck verwendet. Ziel ist es, mit geringem Aufwand schnell abschätzen zu können, ob sich ein Arbeitsablauf für Cobots eignet und durch die Anwendung die Produktionsprozesse effizienter gestaltet werden können. Unterstützt wurde das Projekt von den Firmen ArtiMinds Robotics und SensoPart. Eingesetzt wurden ein Cobot von Universal Robots, ein Greifer von Schunk und ein Kraft-Momenten-­Sensor von Robotiq.

Insbesondere in Kombinatio­n mit einer SPS, Kameras und Kraft-Momenten-Sensoren bilden Roboter als universelles Werkzeug das Herzstück moderner Automatisierungsanlagen. Fehlendes Robotik-Know-how sowie hohe Entwicklungskosten sind häufig die limitierenden Faktoren für einen breitflächigen Einsatz im Unternehmen. Um diese Hürden zu minimieren, ersetzt die grafische, intui­tive Benutzeroberfläche der Roboterprogrammiersoftware ArtiMinds Robot Programming Suite (RPS) das textuelle Programmieren und macht spezifische Programmierkenntnisse überflüssig. Per Drag and Drop wählt der Anwender die gewünschten Funktionen und Bewegungen aus vorbereiteten Bausteinen aus. Abschließend erzeugt die Software automatisch nativen Robotercode, der auf der Standardsteuerung des Roboterherstellers und damit ohne zusätzliche Hardware läuft. Die umfangreiche Bausteinbibliothek deckt ein breites Spektrum an Aufgaben, von Pick & Place über kamerabasierte Detektion bis hin zu kraft­sensitivem Fügen von Bauteilen, ab.

Programmierung mit grafischer Oberfläche

Während der Programmierung und Umsetzung einer Sortieranwendung, z.B. zum Sortieren von Produktverpackungen, erwies sich ArtiMinds für Merck als ein nützliches Programmiertool, mit dem man schnell und einfach Abläufe und Teilprozesse für Roboteranwendungen erstellen kann. Die graphische Programmieroberfläche erlaubt einen schnellen Einstieg in die eigenständige Programmierung. Besonders der herstellerübergreifende Ansatz und das einfache Einbinden von Equipment, wie Vision-Sensoren, Greifer oder Kraft-Momente-­Sensoren, sind von großem Vorteil. Auch die 3D-Visualisierung ist sehr hilfreich und ermöglicht ein schnelleres und direktes Testen von Programmen. Kollisionen und Optimierungsmöglichkeiten in der Roboterapplikation können so schnell erkannt und umgesetzt werden.

Ziel der Sortieranwendung war es, auf einem Förderband transportierte Produkte mittels einer Kamera zu detektieren und zu identifizieren und diese je nach Objekttyp abschießend an einem spezifischen Ort abzulegen bzw. zu platzieren. Hierbei sendet die Kamera zunächst ein Stopp-Signal an das Förderband, sobald das Objekt von ihr erkannt wird. Anschließend wird der Objekttyp anhand der Kontur festgestellt und das Produkt vom Roboter auf dem für ihn vorab definierten Ablageort einzeln platziert oder aufeinandergestapelt. Beim Stapeln erfolgt die Kollisionserkennung über den Kraft-Momenten-Sensor, der dem Cobot signalisiert, dass er das Objekt absetzen kann, sobald ein bestimmter Widerstand erreicht ist. Soll der Gegenstand jedoch in einer Vertiefung, die genau auf die Objektgröße abgestimmt ist, platziert werden, lässt sich diese Aufgabe optimal über eine Spiralsuche lösen. Da es bei einer falschen Orientierung des Objekts zu Detektionsfehlern kommen kann, war es wichtig, die Anwendung so zu programmieren, dass nicht zuordenbare Objekte wieder in den Werkstückspender zurückgeführt und dann erneut geprüft werden.

„Neben der Nutzung als Trainingsplattform dient die Anlage auch dem frühen Testen von Roboteranwendungen.“

Durchgängige Softwarelösung erhöht Effizienz

Um eine solche Anwendung effizient und robust umzusetzen, ist ein nahtloser Übergang von der Planung der Roboterzelle über die Inbetriebnahme bis hin zur Wartung und Optimierung nötig. Mit ArtiMinds RPS ist es möglich, bereits offline am Schreibtisch mit CAD-Dateien Werkzeugpfade automatisiert zu erstellen, Kollisions- und Erreichbarkeitstests durchzuführen und kollisionsfreie Bahnen zu berechnen. Das so erstellte Roboterprogramm kann anschließend erweitert und am echten Roboter in Betrieb genommen werden. Diese hybride Programmierung macht es möglich, mit einem Klick zwischen Simulation und realer Welt hin- und herzuwechseln, wodurch die sensoradaptive Anwendung leichter parametriert und Wegpunkte effizienter geteacht werden können.