B&R: Roboterintegration 4.0

Benötigt ein Maschinenbauer einen Delta- oder Knickarmroboter für ein neues Maschinen- oder Anlagenkonzept, führt ihn sein erster Weg in der Regel zu einem der Großen der Roboterbranche. Diese verfügen über eine große Auswahl an universell einsetzbaren Industrierobotern, Speziallösungen (wie für Schweiß-, Klebe- oder Dosieranwendungen), dedizierten Robotersteuerungen und Zubehör. Üblicherweise kann die Robotermechanik dabei nicht getrennt von der Robotersteuerung bezogen werden.

Doch immer mehr Maschinen- und Anlagenbauer wollen Mechanik und Steuerung nicht im Bundle kaufen und sehen sich nach Alternativen um. Getrennte Steuerungen für Maschine und Roboter bedeuten mehr Aufwand für das Engineering, die Inbetriebnahme und die Wartung sowie die Ersatzteilhaltung. Darüber hinaus können die Latenzzeiten der Schnittstelle zwischen Roboter- und Maschinensteuerung die Synchronisation der Roboterbewegungen mit Maschinenprozessen, wie der Bewegung eines Förderbands, erschweren.

In diese Marktlücke stoßen Anbieter wie Majatronic. Das Unternehmen, eine Tochter des deutschen Lebensmittel-Maschinenbauers MAJA, hat seit seinem Markteintritt im Jahr 2010 etwa 150 verschiedene Delta- und DuoPod-Roboterkinematiken entwickelt und ins Lieferprogramm aufgenommen. Diese decken Arbeitsbereiche von 20 bis 200 cm und Nenntraglasten von 0,5 bis 350 kg ab – darunter befindet sich ein Deltaroboter mit 50 kg Traglast. Das Besondere an allen Robotern von Majatronic: Die robusten Robotermechaniken werden ohne Steuerung und Antrieb oder sonstiges Zubehör unter dem Markennamen Autonox 24 angeboten.

Damit die Käufer die Robotermechaniken „Made in Germany“ möglichst problemlos in ihre Maschinen und Anlagen integrieren können, arbeitet Majatronic eng mit Steuerungsanbietern wie B&R zusammen, die bereits seit mehreren Jahren entsprechend leistungsfähige Steuerungen im Portfolio haben. Der Roboterhersteller gibt zu jeder Steuerung Empfehlungen zu verwendbaren Motoren, sodass Anwender die Motoren nicht selbst auslegen müssen, beziehungsweise eine getestete Kombination als Ausgangspunkt für weitere Optimierungen verwenden können.

Dieses Angebot hat schon viele qualitätsbewusste Maschinenbauer überzeugt, wie Hartmut Ilch, geschäftsführender Gesellschafter der Majatronic GmbH, stolz berichtet: „Über 700 Roboter aus unserer Produktion arbeiten heute in Kundenmaschinen.“ Zu einem guten Teil sind das Verpackungsmaschinen, die in der Lebensmittelindustrie eingesetzt werden.

Dort liegen auch die Anfänge von Autonox 24. Der erste Roboter, den Majatronic im Auftrag der Muttergesellschaft entwickelt hat, war ein Deltaroboter im Hygienedesign. „Schnell hat sich aber gezeigt, dass sich die Maschinenbauer für unser steuerungsunabhängiges Konzept begeisterten und sich auch Roboter fürs Verpacken und Sortieren in Umgebungen wünschten, die kein Hygienic-Design erfordern“, sagt Ilch.

In den letzten Jahren wurden verstärkt Stimmen laut, die ein Ausdehnen des Konzepts der steuerungsunabhängigen Roboter auf Knickarmroboter forderten. Ziel war es, auch Operationen wie das Palettieren im Rahmen der Maschinensteuerung abdecken zu können. Majatronic hat diesen Wunsch aufgegriffen und mit Unterstützung von vier namhaften Pilotkunden, die bislang Roboter mit separater Robotersteuerung im Einsatz hatten, die Entwicklung von 6-Achs-Knickarmrobotern in Angriff genommen.

Die ersten beiden Mitglieder der so entstandenen articc-Familie sind ein 6-Achs-Roboter mit 20 kg Traglast und einem Arbeitsbereich von 4 m sowie eine kleinere Variante mit 8 kg Traglast und einem Arbeitsbereich von 2 m.

Von Anfang an war bei diesen Neuentwicklungen B&R mit an Bord. Waldemar Salzsehler, Applikationsingenieur aus dem Technischen Büro B&R Heilbronn, übernahm für Majatronic, mit Hilfe der Engineering-Umgebung Automation Studio, die Programmierung eines Dauertests für den ersten Prototyp des 20-kg-Roboters sowie eines Messe-Showcases. Den Kern der Roboteranwendung wurde mit Mapp Robotics abgebildet, das Teil der modularen Mapp Technology von B&R ist. Mapp Robotics umfasst modulare Funktionsblöcke und Datenstrukturen für die Roboterprogrammierung sowie bereits vordefinierte Kinematikmodelle. Diese enthalten alle erforderlichen Informationen für die Rückwärtstransformation.

Für nicht vorerstellte Kinematiken lässt sich mit dem B&R-Scene-Viewer, der ebenfalls Bestandteil von Automation Studio ist, aus den CAD-Daten der Mechanik ein Modell einschließlich der Transformationsparameter erstellen. Darauf aufbauend können Anwender ohne reale Robotermechanik vorab eine virtuelle Inbetriebnahme durchführen und so die Bewegungen des Roboters beobachten und aufzeichnen.

Für die eigentliche Roboteranwendung bringt Mapp Robotics bereits viele der Kernfunktionen mit. Diese müssen nicht mehr vom Anwender ausprogrammiert werden. Dazu zählen Funktionen zum Start des Programms, zum Ausführen einer linearen Bewegung, zum Einschalten aller Regler oder zum Referenzieren der Achsen. Spezielles Roboter-Know-how ist damit nicht mehr erforderlich.

Auch für die meisten weiteren Elemente einer (Roboter-) Steuerungsanwendung, wie die Benutzerverwaltung, das Alarm-Handling, die Zustandsmaschine oder die Visualisierung stehen entsprechende Mapp-Module zur Verfügung, sodass der Programmieraufwand insgesamt deutlich geringer ausfällt als bei einem konventionellen Programmieransatz.

Als der Prototyp bei Majatronic dann stand – Robotermechanik samt B&R-Steuerung, wie ein Pilotkunde sie aktuell in seinen Maschinen im Einsatz hat – schloss sich im zweiten Schritt die eigentliche Inbetriebnahme des Roboters an. „Schon nach vier Stunden lief der Roboter. Das war der absolute Knüller“, sagt Ilch. „Die kurze Inbetriebnahmezeit und die Qualität der Bahnführung haben uns sofort begeistert. B&R nimmt damit eindeutig eine Spitzenposition unter den Steuerungsherstellern ein.“

Einschließlich der NC-Programmierung eines Dauerlauftests, bei dem alle Positionen durchfahren und dabei alle Achsen mit maximaler Geschwindigkeit und Beschleunigung bewegt werden, investierte Salzehler für die Inbetriebnahme insgesamt nur drei Tage vor Ort. Die so geschaffene, modulare Lösung konnte er bei der Erstellung des Showcases für den 6-Achs-Roboter wiederverwenden und so in einem Tag umsetzen. Der modulare Aufbau von Mapp Technology erlaubt es zudem, die Anwendung bei Bedarf einfach zu erweitern und beispielsweise Förderbänder oder andere Maschinenkomponenten auf der gleichen Steuerungsplattform zu integrieren.

„Diese enge Integration von Roboter und Maschinenkomponenten bietet beste Voraussetzung für die Umsetzung von Industrie 4.0 Konzepten. Sie wirkt sich zudem positiv auf die Leistungsfähigkeit der Gesamtmaschine aus“, erläutert Ilch. „Wir konnten in einem Benchmark zeigen, dass der Anwender mit unserem Konzept die Performance einer bestehenden Anlage auf einen Schlag um gut 50 % steigern kann.“ Die Folge: Sowohl der Standardsteuerungshersteller als auch der Standardroboterhersteller kamen nicht mehr zum Zug. „Wegen der bestechenden Vorteile eines steuerungsunabhängigen Roboters werden wir diese Entwicklung zukünftig bei immer mehr Maschinen- und Anlagenbauern sehen“, blickt der Geschäftsführer von Majatronic erwartungsvoll in die Zukunft.