Messroboter

Sechsachser im Outdooreinsatz

Der Messroboter Stäubli TX200 dreht auf dem Dach des John Deere European Technology Innovation Center unbeirrt seine Kreise – sommers wie winters, bei Regen, Hitze, Kälte oder Schneefall.

Im Härtetest: Der Stäubli TX200L HE arbeitet bei seinem Outdooreinsatz unter allen klimatischen Bedingungen. Bild: Ralf Högel.

Ein mörderischer Outdooreinsatz, den sich John Deere als außergewöhnliche Roboterapplikation ausgedacht hat. Dr. Georg Kormann, Manager Advanced Engineering, arbeitet mit seinem Team an der Entwicklung hochgenauer GPS-Empfänger. Was man bei John Deere unter hochgenau versteht, liegt weit über den Standards in der Automobilindustrie, wie Kormann betont: „Wir sind heute mit unserem Produkt Autotrac in der Lage, Landmaschinen mit einer Genauigkeit von zwei Zentimetern übers Feld zu führen. Das funktioniert nur mit speziellen GPS-Empfängern, die wir hier in Eigenregie entwickeln und die allesamt strengste Testdurchläufe absolvieren müssen.“ Die technische Prüfung dieser Empfänger folgt einem komplexen Procedere. Die Geräte müssen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten unter freiem Himmel aufwändige Testreihen durchlaufen. In der Vergangenheit erwiesen sich die dafür notwendigen realen Testfahrten als überaus aufwändig und nahmen viele Stunden in Anspruch. Zudem war die Vergleichbarkeit der Messergebnisse aufgrund abweichender Parameter bei diesen Feldversuchen teilweise eingeschränkt. Hinzu kommt eine weitere Herausforderung, die Dr.-Ing. Kormann in der Vergangenheit Kopfzerbrechen bereitete: „Für die Referenzierung der Low-Speed-Receiver ist höchste Präzision gefragt, die um den Faktor 10 höher liegen muss als die Genauigkeit der Geräte. Das heißt, wir benötigen Messmethoden, die im Toleranzbereich von einem Millimeter liegen. Was lag da näher, als die Messfahrten von einem Präzisionsroboter ausführen zu lassen mit dem großen Vorteil der jederzeitigen Reproduzierbarkeit.“

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Eine schwer umsetzbare Idee

Eine Idee, deren praktische Umsetzung aber nach ersten konkreteren Überlegungen nahezu unmöglich schien. K.O.-Kriterium Nummer eins war der geplante Outdooreinsatz des Roboters. Um uneingeschränkten GPS-Empfang zu haben, war von vorneherein klar: Der Roboter würde auf dem Dach des Entwicklungsgebäudes installiert werden und dort ganzjährig allen nur erdenklichen Witterungsbedingungen ausgesetzt sein. Dennis Dispot, der im Rahmen seiner Diplomarbeit bei John Deere mit der Umsetzung der Aufgabe betraut war, erinnert sich: „Auf unsere Anfrage bei Roboterherstellern nach einem allwettertauglichen Sechsachser ernteten wir allseits Kopfschütteln. Einzig Stäubli Robotics war bereit, sich auf diese Herausforderung einzulassen. Ein voll gekapselter Sechsachser des Typs TX200L in HE-Ausführung sollte mit dem Einsatz unter freiem Himmel zurechtkommen, hieß es. Für uns hörte sich das vielversprechend an, und wir machten uns gemeinsam mit Stäubli an die Umsetzung des Projektes.“

Für harte Einsätze

Grundsätzlich sind die Sechsachser mit der Zusatzbezeichnung HE für Humid Environment für Einsätze in Feuchträumen speziell modifiziert. Der komplett gekapselte Roboter ist dabei in Schutzart IP 65 ausgeführt, durch Verwendung der Stäubli-Überdruckeinheit lässt sich diese Schutzartklassifizierung noch steigern. Eine sinnvolle Option, die den Outdoor-Einsatz bei John Deere überhaupt erst ermöglichte. Bevor die Roboter ihre Finishlackierung erhalten, werden die Oberflächen einer speziellen Behandlung unterzogen, die die Korrosionsbeständigkeit sowie die Widerstandsfähigkeit erhöht. Besonders beanspruchte Teile sind aus Edelstahl. Die abschließende Lackierung erfolgt in hoher Oberflächengüte, so dass der Roboter für härteste Einsätze gewappnet ist.

Die Montage des Roboters war eine logistische Herausforderung. Am Kran kam der Stäubli TX200 auf das Dach.

„Als wir die HE-Versionen auf den Markt brachten, fokussierten wir auf Einsätze beim Wasserstrahlschneiden, in der spangebenden Bearbeitung oder in der Lebensmittelindustrie mit ihren harten Reinigungsprozessen. An ganzjährige Einsätze unter freiem Himmel hatten wir sicherlich nicht gedacht. Aber natürlich bieten die HE-Versionen auch für solche Einsätze optimale Voraussetzungen“, so Gerald Vogt, der die Roboterentwicklung am Stäubli Stammwerk in Faverges leitete und kürzlich die Geschäftsführung von Stäubli Robotics in Bayreuth übernahm. Obgleich der TX200L HE genetisch also bestens für das Vorhaben geeignet war, gab es noch eine ganze Reihe zu klärender Punkte: Wie kommt der Roboter aufs Dach? Welche Anforderungen bestehen hinsichtlich der Statik des Gebäudes? Wie sind die Themen Blitzschutz, Zutrittskontrolle und Sicherheit zu regeln? Welche zusätzlichen Modifikationen sind am Roboter erforderlich? Wie begegnet man dem Thema Temperaturschwankung und Kondenswasserbildung im Roboterarm? „Planung und Realisierung des Projektes nahmen viel Zeit in Anspruch. Gemeinsam mit den Stäubli-Ingenieuren ließen sich alle technischen Detailfragen lösen. Der TX200L HE fährt nun seit knapp zwei Jahren auf unserem Dach seine Bahnen und erledigt seinen Prüfmarathon mit beispielhafter Souveränität unter wahrlich härtesten klimatischen Bedingungen“, so Dennis Dispot.

Prüfanlage mit nahezu grenzenloser Flexibilität

Die beiden Ingenieure Dennis Dispot und Sarah Fritz aus dem John Deere Entwicklungsteam um Dr.-Ing. Georg Kormann sind von der Performance des Stäubli Roboters begeistert. Foto: Ralf Högel

Was man bei John Deere besonders schätzt, ist die schier grenzenlose Flexibilität dieser Prüfanlage. Mit dem Roboter lassen sich unterschiedliche Fahrzyklen von Traktoren einschließlich Hangneigung und sonstiger Parameter simulieren. Mit seiner Traglast bis 80 Kilogramm lässt sich der TX200L auch für Vergleichstests nutzen. Der Sechsachser kann mehrere GPS-Empfänger gleichzeitig samt Prüfequipment mitführen, ohne hinsichtlich Traglast an Grenzen zu stoßen. Mittlerweile übernimmt der Roboter auch die Prüfung von Sensorsystemen, und es kommen beinahe täglich neue Aufgaben hinzu. Ein besonderes Highlight ist sicherlich auch in der weltweiten Nutzung der Anlage zu sehen: Alle John-Deere-Entwicklungszentren rund um den Globus – ob in USA, Asien oder Europa – haben Zugriff auf das System und können hier Testläufe durchführen. Programmiert wird offline über die anwenderfreundliche Stäubli-Robotics-Suite, die in die übergeordnete Software-Architektur eingebunden ist. Die Erfassung und Auswertung aller Daten geschieht vollautomatisch. Die ermittelten Messergebnisse stehen anschließend allen Standorten weltweit zur Verfügung. bw

HMI, Halle 17, Stand B15

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