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Industrieroboter in Leichtbauweise

Energieeffiziente Seilroboter

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Schematischer Aufbau eines Seilroboters: Die acht Winden am Rahmen sind über Seile mit der beweglichen Plattform verbunden. Durch die geringe bewegte Masse ergibt sich bereits eine deutliche Energieeinsparung. Bild: Fraunhofer IPA

Vergleich mit Industrierobotern

In einem weiteren Teil der Untersuchung wurde die Energieaufnahme des Seilroboters mit der eines Industrieroboters verglichen. Entwickelt wurde ein Energieverbrauchsmodell zur Vorhersage der Leistungsaufnahme des Seilroboters. Es basiert auf Messungen, bei denen die Leistungsaufnahme am Schaltschrankeingang erfasst und synchronisiert mit Steuerungsdaten protokolliert wird. Bei dem Industrieroboter handelt es sich um einen handelsüblichen Sechs-Achs-Knickarmarroboter Smart NJ 130-2.6 des Herstellers Comau. Zum Vergleich der Energieeffizienz wird eine Referenztrajektorie herangezogen. Es wird eine Last von 35 Kilogramm um einen Meter angehoben, um 2,4 Meter horizontal bewegt und wieder abgelegt. Die maximale Bahngeschwindigkeit beträgt 1,5 Meter pro Sekunde bei einer maximalen Beschleunigung von fünf Metern pro Sekundenquadrat. Deutliche Unterschiede ergeben sich in den Leistungsverläufen, was auf den Aufbau der Kinematiken zurückzuführen ist: Während bei der seriellen Kinematik die ersten drei Gelenkachsen und -antriebe für die makroskopische Bewegung sorgen, müssen beim parallelen Seilroboter grundsätzlich alle Antriebe makroskopische Bewegungen durchführen. Die Leistungsaufnahmen über die gesamte Trajektorie betragen 4,76 Wattstunden für den Industrieroboter und 4,58 Wattstunden für den Seilroboter. Demnach ist der Seilroboter auf dieser Trajektorie energieeffizienter. Ein deutlicher Vorteil des Seilroboters ergibt sich bei der Spitzenleistung von maximal sechs Kilowatt gegenüber 15 Kilowatt beim Industrieroboter.

Applikationen in der Intralogistik

Eine Art Seilroboter wird bereits seit Jahrzehnten erfolgreich in Stadien eingesetzt: Für Sportübertragungen wird bei der Skycam eine Fernsehkamera mithilfe von vier Seilen über dem Spielfeld geführt. Darüber hinaus ergeben sich für Seilroboter zahlreiche weitere Anwendungsfelder, etwa in der Intralogistik:

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  • Blocklager: Ähnlich wie bei einem Portalsystem erfolgt der Zugriff von Seilrobotern auf die Palettenstellplätze von oben, sodass weniger Fahrwege nötig sind.
  • Pick & Place: Wie bei Delta-Robotern ermöglichen Seilroboter auch die dynamische Handhabung von schweren Teilen. In Kombination mit einem Bildverarbeitungssystem für den ‚Griff in die Kiste‘ kann der Seilroboter zur Vereinzelung chaotisch angelieferter Bauteile eingesetzt werden.
  • Inspektionsprozesse in Hochregallagern: Zur Erkennung von Deformationen an der Regalstruktur und fehlplatzierten Kartons führt der Seilroboter ein Sensorsystem durch die Lagergasse.
  • Erweiterte Krane: Zum Fügen, wie zum Beispiel Schweißen und Schrauben, müssen schwere Bauteile gehandhabt und präzise ausgerichtet werden. Dies erfolgt heute mithilfe eines Krans, der die Hauptlast trägt und Mitarbeitern, die das Bauteil fein ausrichten. Zur Feinausrichtungen lassen sich die Steuerungsalgorithmen des Seilroboters vorteilhaft einsetzen. So kann das Bauteil von einer Person mit einer Handsteuerung ausgerichtet werden.

Der Seilroboter Ipanema 3 wurde im Demonstrationsszenario der mobilen Fabrik bereits eingesetzt. Der Aufbau und die Inbetriebnahme erfolgten innerhalb von zwölf Tagen. In Kooperation mit einem fahrerlosen Transportsystem wurden dabei Kleinladungsträger gehandhabt.


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