Die Wahl des richtigen Roboter-Greifers kann auf den ersten Blick einfach erscheinen. Ein Bauteil muss aufgenommen, bewegt und platziert werden. Der nächste Schritt scheint daher offensichtlich: Greifer vergleichen und den passenden auswählen. Aber genau hier werden viele End-of-Arm-Tooling-Projekte komplizierter, als sie sein müssten.
Ein Roboter-Greifer ist nicht nur eine Komponente am Ende eines Roboterarms. Er ist die unmittelbare Schnittstelle zwischen dem Roboter, dem Werkstück und dem Produktionsprozess. Er beeinflusst die Greifzuverlässigkeit, die Zykluszeit, das Positionieren, den Energieverbrauch, den Integrationsaufwand sowie die Inbetriebnahme.
Deshalb sollte die Auswahl eines Roboter-Greifers nicht mit dem Greifer selbst beginnen. Sie sollte mit der Anwendung beginnen.
Ziel ist es, das Greifkonzept zu definieren, das am besten für das Werkstück geeignet ist, unter Berücksichtigung von Bewegung, Roboter-Setup, Anlagenarchitektur und Produktionsumgebung. Sobald diese Faktoren klar sind, wird es viel einfacher, den richtigen Industrieroboter-Greifer, die passende Vakuumlösung oder ein komplettes End-of-Arm-Tooling-Konzept auszuwählen.
Hier ist einee praktische Vorgehensweise in fünf Schritten.
1. Definieren Sie die tatsächliche Anwendung.
Werkstück, Bewegung, Umgebung, Toleranzen und Flexibilitätsanforderungen
2. Wählen Sie das Greifkonzept.
Vakuum- oder mechanischer Greifer basierend auf dem Werkstückverhalten und der Prozessstabilität
3. Definieren Sie die Systemarchitektur.
Zentralisiertes oder dezentralisiertes Vakuum, pneumatische oder elektrische Stellbewegung, Roboter- und Steuerungs-Schnittstellen
4. Wählen Sie die Greiferart.
Parallel-, Winkel-, Radial-, 3-Finger- oder Adaptivgreifer basierend auf Geometrie und Bewegung
5. Konstruieren und Validieren Sie das Kontaktkonzept.
Greiferfinger, Saugnäpfe, Toleranzen, Oberflächenverhalten und Tests unter realen Bedingungen
Bevor Sie Greiftechnologien vergleichen, definieren Sie, was das robotische Greifsystem in der Praxis leisten muss.
Beginnen Sie mit dem Werkstück. Blicken Sie über die Solldaten hinaus und prüfen Sie die tatsächlichen Produktionsbedingungen:
Dann schauen Sie sich die Bewegung an. Zeit ist Geld! Die Greifzeit muss so kurz wie möglich und so lang wie für die Anwendung erforderlich sein. Denken Sie voraus: Eines Tages möchten Sie den Prozess möglicherweise beschleunigen. Sobald Sie das Werkstück gegriffen haben, reicht ein stabiler Griff während des Haltens nicht aus. Das Werkstück muss sicher bleiben, während der Roboter beschleunigt, abbremst, die Richtung ändert und das Teil ablegt.
Dies ist oft der Punkt, an dem das Konzept zu bröckeln beginnt. Wenn das Bewegungsprofil des Roboters, die Zykluszeit, die Pick-Position oder die Platzierungsanforderung unklar sind, kann die Konstruktion des End-of-Arm-Toolings unnötig komplex werden. Teams fügen möglicherweise zusätzliche Kraft, zusätzliches Gewicht oder eine zusätzliche Sicherheitsspanne hinzufügen, nur um auf der sicheren Seite zu sein.
Die wichtigste Frage lautet: Wie wird das Werkstück von der Entnahme- zur Ablageposition bewegt und welche Zykluszeit steht zur Verfügung, um eine stabile Greifbewegung zu realisieren?
Sobald die Applikation klar ist, kann das Greifprinzip mit größerem Vertrauen evaluiert werden.
Die erste technische Entscheidung ist normalerweise, ob ein Vakuumgreifer oder ein mechanischer Greifer verwendet werden soll. Diese Entscheidung sollte stets durch die Anwendung bestimmt werden. Keine Greiftechnologie ist typischerweise besser als die andere.
Wann das Vakuumgreifen sinnvoll ist
Das Greifen mit Vakuum ist oft geeignet, wenn:
Das Greifen mit Vakuum kann bei Platten, Blechen, Verpackungen, Kartons und vielen empfindlichen Werkstücken gut funktionieren. Worauf es jedoch am meisten ankommt, ist die tatsächliche Oberfläche. Porosität, Rauhigkeit, Krümmung, Staub, Öl und Leckageverhalten können das Ergebnis in der Produktion verändern.
Mechanisches Greifen ist oft geeignet, wenn:
Beim mechanischen Greifen kann die Position und Bewegung sehr effektiv gesteuert werden. Die Fingerkonstruktion, die Greifkraft, die Kontaktfläche und der Toleranzausgleich müssen zum Werkstück passen.
Der Schlüssel liegt darin, nicht zu fragen: „Welcher Greifer ist der beste?“
Sondern zu fragen: Welches Greifkonzept ist am besten für das Werkstückverhalten, die Bewegung und die erforderliche Prozessstabilität?
Ist das Greifkonzept klar, steht als nächster Schritt die Entscheidung über die Systemarchitektur an. In diesem Schritt wird der Roboter-Greifer an das vollständige Automatisierungssystem angeschlossen.
Bei Vakuumlösungen kann die Architektur eine zentrale oder dezentrale Vakuumerzeugung umfassen. Eine zentrale Vakuumerzeugung ist eine gute Option, wenn mehrere Ansaugpunkte verwendet werden. ezentrale Vakuumerzeugung kann nützlich sein, wenn Ansprechzeit, Vorortsteuerung oder modulare Greiferzonen wichtig sind.
Bei mechanischen Greifern umfasst die Architektur oft eine Entscheidung zwischen pneumatischer und elektrischer Stellbewegung.
Pneumatische Greifer können je nach Konstruktion eine kompakte Größe und ein geringes Gewicht mit hoher Greifkraft kombinieren. Sie eignen sich oft für robuste, hochdynamische oder platzbegrenzte Anwendungen, insbesondere dort, wo Druckluft bereits verfügbar ist.
Elektrische Greifer können die richtige Wahl für Applikationen sein, bei denen kontrolliertes Positionieren, ein einstellbarer Hub, Kraftregelung oder Rückführung von Bedeutung sind. Sie können nützlich sein, wenn häufig Formatänderungen auftreten oder zusätzliche Prozessdaten für die Inbetriebnahme und Diagnose benötigt werden.
Die Systemarchitektur umfasst auch:
Hier ist die Planung des End-of-Arm-Toolings eine Entscheidung, die das gesamte System betrifft. Ein Roboter-Endeffektor kann als Komponente passend erscheinen und dennoch Probleme verursachen, wenn er nicht mit dem Roboter, der Steuerungsarchitektur oder dem Produktionsaufbau harmoniert.
Die entscheidende Frage lautet: Welche Architektur passt zum gesamten Handlingsystem?
Wenn das Konzept in Richtung mechanisches Greifen geht, besteht der nächste Schritt darin, die Art des Greifers auszuwählen. Dies ist noch keine detaillierte Komponentenauswahl. Es ist die Entscheidung darüber, wie das Werkstück angesteuert, gehalten, bewegt und abgelegt wird.
Gängige Arten von Roboter-Greifern umfassen:
Ein Parallelgreifer kann für rechteckige Teile, abgeflachte Komponenten und Anwendungen geeignet sein, bei denen eine gerade Greifbewegung einen stabilen Halt gewährleistet. Er wird häufig verwendet, wenn der Zugang einfach ist und das Werkstück von zwei Seiten gegriffen werden kann. Die Greifzeit ist schnell, abhängig vom Hub der Greifbacken.
Ein Winkelgreifer öffnet und schließt sich um einen Winkel. Dies kann nützlich sein, wenn eine kompakte Bewegung erforderlich ist und die Öffnungsbewegung in den umgebenden Raum passt.
Ein Radialgreifer bietet einen größeren Öffnungswinkel. Dies kann hilfreich sein, wenn sich die Finger von störenden Konturen entfernen müssen oder wenn der Greifer das Werkstück auf eine bestimmte Weise anfahren muss.
Ein 3-Finger-Greifer wird häufig für runde oder zylindrische Werkstücke verwendet. Die zentrierende Bewegung ermöglicht eine stabile Positionierung. Die Greifzeit ist schnell, abhängig vom Hub der Greifbacken.
Ein Adaptivgreifer ist die richtige Wahl, wenn die Werkstückformen variieren oder wenn das Werkstück vorsichtig gehandhabt werden muss. Der Greifer kann sich an unterschiedliche Konturen anpassen und flexible Handlingaufgaben unterstützen.
Der richtige Greifertyp hängt von Geometrie, Zugänglichkeit, Positionierung, Bewegungsstabilität, verfügbarem Platz und zukünftiger Flexibilität ab.
Die entscheidende Frage lautet: Wie muss der Greifer sich nähern, greifen, bewegen und das Werkstück im eigentlichen Prozess platzieren?
Das Kontaktkonzept ist der Punkt, an dem die Konstruktion des Endeffektors spezifisch wird. Hier können auch kleine Entscheidungen eine große Wirkung auf die Greifsicherheit haben.
Ein robotisches Greifsystem kann auf dem Papier korrekt dimensioniert sein und in der Produktion dennoch scheitern, wenn der Kontaktpunkt nicht mit der tatsächlichen Werkstückoberfläche übereinstimmt. Staub, Öl, Krümmung, Porosität oder Oberflächenabweichungen können das Ergebnis beeinflussen.
Die Validierung hilft, dieses Risiko zu reduzieren.
Bevor Sie mit den detaillierten Engineering-Schritten fortfahren, prüfen Sie das Konzept unter realen Bedingungen:
Die Validierung verwandelt Annahmen in Gewissheit. Sie hilft dabei, Redesign-Schleifen, Inbetriebnahmeverzögerungen und Überdimensionierungen zu reduzieren. Ein Test unter realen Bedingungen wird empfohlen.
Beginnen Sie mit der Anwendung, nicht mit dem Greifer selbst. Definieren Sie das Werkstück, die Bewegung, die Zykluszeit, die Umgebung, die Pick-&-Place-Anforderungen und die Toleranzvariation. Vergleichen Sie anschließend Greifkonzepte, Systemarchitektur, Greiferart und Validierungsanforderungen, bevor Sie zur detaillierten Produktauswahl übergehen.
Keiner ist automatisch besser. Das Vakuumgreifen kann eine gute Wahl für flache, empfindliche oder wechselnde Werkstücke mit geeignetem Oberflächenverhalten sein. Das mechanische Greifen kann ideal für spezifische Geometrien, präzises Positionieren und dynamische Bewegungen sein. Die Anwendung ist der entscheidende Faktor.
Die Greifsicherheit hängt von der Werkstückgeometrie, dem Oberflächenverhalten, der Roboterbewegung, der Beschleunigung, den Toleranzen, den Kontaktflächen, den Umgebungsbedingungen und der Rückführung ab. Das Konzept sollte vor der Umsetzung unter realistischen Bedingungen geprüft werden.
Ein Parallelgreifer eignet sich für rechteckige Teile, ein 3-Finger-Greifer kann für zylindrische Teile verwendet werden, Winkel- und Radialgreifer sind ideal, wenn Platz- oder Öffnungsanforderungen kritisch sind, und Adaptivgreifer können unterschiedliche Formen unterstützen oder empfindliche Werkstücke handhaben.
Validieren Sie das End-of-Arm-Tooling-Konzept, bevor Sie mit der detaillierten Engineering- und Implementierungsphase beginnen. Eine frühe Validierung hilft dabei, Annahmen zu Bewegung, Toleranzen, Oberflächenbedingungen, Rückführung, Energieverbrauch und zukünftiger Flexibilität zu überprüfen.