Zukunft der Automatisierung

Mannheim ist Hauptsitz von ABB Deutschland – und neben Heidelberg und dem Forschungszentrum in Ladenburg einer von drei Standorten in der Metropolregion Rhein-Neckar. Mit YuMi hat ABB den ersten wirklich kollaborativen Zweiarm-Roboter der Welt vorgestellt. Damit verändert das Automationsunternehmen die Art der industriellen Prozesse, die mit Robotern automatisiert werden können.

Projektsteckbrief

YuMi steht für „you“ und „me“ und die gemeinsame Zukunft von Mensch und Maschine in der Fertigung. Die bahnbrechende Lösung ist das Ergebnis jahrelanger Forschung und Entwicklung und markiert den Beginn einer neuen Ära von kollaborativen Robotern, die in der Lage sind, Seite an Seite mit Menschen an den gleichen Aufgaben zu arbeiten, ohne die Sicherheit ihrer menschlichen Kollegen zu gefährden.
Nur wenige Produktionsbereiche verändern sich so schnell wie die Kleinteilmontage. Besonders in der Elektronikindustrie übersteigt die Nachfrage nach qualifizierten Arbeitskräften das Angebot bei Weitem. Da die Bedeutung konventioneller Montagemethoden abnimmt, sind die Hersteller aus strategischen und ökonomischen Gründen gezwungen, in neue Lösungen zu investieren.

Während YuMi speziell entwickelt wurde, um die Flexibilitäts- und Agilitätsanforderungen der Unterhaltungselektronikindustrie zu erfüllen, kann er dank seiner zwei Arme und flexiblen Hände, universellem Teilezuführsystem, kamerabasierter Teileerkennung, Lead-Through-Programmierung und präziser Bewegungssteuerung neuester Generation auch in jeder anderen Kleinteilmontageumgebung eingesetzt werden.
Auf den ersten Blick scheint die Automatisierung von Prozessen an manuellen Montagelinien relativ einfach. Doch in Wirklichkeit ist es gar nicht so leicht, menschliche Fähigkeiten nachzubilden. Der Mensch ist schon eine erstaunliche „Maschine“: Wir besitzen eine Berührungs- und Bewegungssteuerung, die es uns ermöglicht, filigrane Dinge mit hoher Geschicklichkeit und Präzision handzuhaben. Gleichzeitig sind wir in der Lage, abzuschätzen, wie viel Kraft wir auf eine bestimmte Komponente ausüben können, ohne sie zu beschädigen. Wir können sehen, wo sich ein Objekt befindet und es einfach aufnehmen. Außerdem sind wir in der Lage, eine unglaubliche Vielfalt von Teilen zu bewältigen, ohne zwischendurch anzuhalten. Und wir besitzen ein räumliches Wahrnehmungsvermögen, das es uns erlaubt, im engen Einklang mit Kollegen zu interagieren.

Die Herausforderung bei YuMi bestand darin, festzustellen, wie all diese menschlichen Eigenschaften auf kosteneffektive Weise reproduziert werden können. Mit anderen Worten ging es darum, mindestens die Sinne und Fähigkeiten nachzubilden, die erforderlich sind, damit die Lösung sicher ist und dennoch die wesentlichen Vorzüge der Automatisierung bietet. Durch ein spezielles Design, das viel mehr als nur den Roboter umfasst, haben wir ein inhärent sicheres System aus Komponenten entwickelt, das die notwendige Präzision, Benutzerfreundlichkeit, Geschwindigkeit, Flexibilität und Rentabilität für die Zukunft der Kleinteilmontage bietet.

Sicherheit liegt in der DNA von YuMi. So, wie das Skelett eines menschlichen Arms von Muskeln umgeben ist, besitzt YuMi ein leichtes, aber dennoch festes Magnesiumskelett mit einer Kunststoffummantelung, die mit einer weichen Schutzpolsterung versehen ist. Dadurch werden die bei unerwarteten Zusammenstößen wirkenden Kräfte in hohem Maße absorbiert. Wie ein menschlicher Arm besitzt YuMi keine Quetsch- und Klemmstellen, sodass keine empfindlichen Teile beim Öffnen und Schließen der Achsen zwischen gegenüberliegenden Flächen zerdrückt werden können.

Mit seinen menschenähnlichen Abmessungen ist YuMi äußerst kompakt. Seine beiden Arme mit jeweils sieben Freiheitsgraden ermöglichen ihm ein hohes Maß an Wendigkeit und Präzision an einem kompakten, für Menschen ausgelegten Arbeitsplatz. YuMi wiegt nur 35 kg und besitzt ein integriertes Steuerungssystem und eine integrierte innenliegende Verkabelung für eine Vielzahl von Ein- und Ausgängen einschließlich Druckluft und digitaler Signale. Außerdem arbeitet er mit normalem Haushaltsstrom, wie er überall auf der Welt zu finden ist. Gleichzeitig ist er portabel und beliebig umsetzbar.

Trifft YuMi auf ein unerwartetes Hindernis, z. B. bei einer Kollision mit einem Kollegen, kann er seine Bewegung binnen Millisekunden anhalten. Anschließend kann die Bewegung wieder per Knopfdruck neu gestartet werden. In Kombination mit der Schutzpolsterung wird dadurch die Sicherheit für menschliche Werker drastisch erhöht. Selbst mit diesen inhärenten Sicherheitsmerkmalen ist YuMi unglaublich schnell und präzise. Er kann mit einer Genauigkeit von 0,02 mm immer wieder an denselben Punkt im Raum zurückzukehren und bewegt sich mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1.500 mm/s.

Um die große Vielfalt von Teilen in der heutigen Kleinteilmontage zu bewältigen, verfügt YuMi über integrierte und äußerst flexible Hände, die in verschiedenen Konfigurationen mit Servogreifern, Doppelsaugnäpfen und Kameras ausgerüstet werden können. Alles in allem sind YuMis Hände vollständig individualisierbar, um den Anforderungen der meisten Montageaufgaben gerecht zu werden.

Die Programmierung von YuMi ist so einfach, wie einem Menschen zu sagen, was er zu tun hat. Die Programmierung bleibt dabei im Hintergrund, denn man führt einfach YuMis Hände und Arme mit den eigenen Händen an die gewünschten Positionen, hält diese als Wegpunkte und Greiferhandlungen auf einem angeschlossenen Tablet-PC fest, auf dem die dazugehörige YuMi-App läuft. Die Software wandelt die gesetzten Positionen und Aktionen direkt vor den Augen des Bedieners in Echtzeit in eine entsprechende Roboterbahn um. So benötigt YuMi deutlich weniger Engineering-Ressourcen, um sehr komplizierte Aufgaben zu erfüllen. So kann das, was bisher stundenlange, mühsame Programmierarbeit erforderte, in einfachen Schritten binnen weniger Minuten erledigt werden.

Weitere Informationen
Infografik:
http://www02.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/0/409cffb4b52e94b6c1257e26001c93f6/$file/Infografic+YuMi_d.pdf