Automatische Schaltschrankverdrahtung in einer Mensch-Roboter Kooperation

 

Elektrische Schaltschränke z.B. für die Steuerung von grösseren Maschinen oder anderen technischen Anlagen sind meist sehr individuell auf den spezifischen Verwendungszweck ausgerichtet und sind deshalb nur in kleinen Serien baugleich. Diese Schaltschränke werden heute fast ausschliesslich manuell bestückt und verdrahtet. Trotz kleinen Serien und teilweise hoher Komplexität der Aufgabe besteht der Wunsch, Schaltschränke möglichst automatisch produzieren zu können. Für die vollautomatische Bestückung der Schränke mit den elektrotechnischen Komponenten hat die Firma W.Althaus AG aus Aarwangen bereits vor ein paar Jahren eine Maschine auf den Markt gebracht (ATHEX). Die automatische Schaltschrankverdrahtung war aber bis jetzt zu komplex um zuverlässig und kostengünstig umgesetzt werden zu können. Nach erfolglosen Versuchen mit Prototypen ausländischer Hersteller hat sich die Firma W.Althaus AG deshalb an die Robotikspezialisten des IMS der ZHAW gewandt.

Zusammen wurde in einem von der Schweizerischen Agentur für Innovationsförderung (KTI, heute Innosuisse) geförderten Projekt ein funktionsfähiger Prototyp entwickelt, welcher im Rahmen einer Mensch-Roboter-Kooperation fähig ist, zuverlässig Schaltschränke vollautomatisch zu verdrahten.

Das Kooperationsszenario erlaubt es, dass ein Facharbeiter bei auftretenden Ausnahmesituationen jederzeit unterstützend in den sonst vollautomatischen Verdrahtungsvorgang eingreifen kann. Beispielsweise ist bei der Verarbeitung von biegeschlaffen Teilen, wie sie die Litzen für die Verdrahtung darstellen, nicht gänzlich zu verhindern, dass die verlegten Drähte gelegentlich wieder aus den Kabelkanälen herausspringen und so den weiteren Verdrahtungsablauf behindern. Hier ist die helfende Hand des Werkers gefragt, um dem Roboter rasch und unkompliziert «unter den (die) Arm(e)» zu greifen. Diese Art der Zusammenarbeit zwischen Mensch und Industrieroboter ist nur möglich, wenn die Anlage mit einem dafür nötigen Sicherheitskonzept und der entsprechenden Sensorik dazu ausgerüstet ist.

Die Informationen über die Verdrahtung werden direkt aus der für die Planung des Schaltschranks verwendeten Daten der Elektroplaner Software (EPLAN) bezogen, d.h. die für das Verlegen der Litzen benötigten Roboterbahnen werden vom WireScout System ohne zusätzlichen Programmieraufwand selber generiert. Da die geometrischen Abmasse in den einzelnen Schaltschränken fast nie plangenau sind, sorgen 2D- und 3D-Sensoren während des laufenden Verdrahtungsvorgangs für eine individuelle Anpassung der Roboterzielpositionen. Auf diese Weise gelingt es, die Litzen zuverlässig und mit einer Genauigkeit unter einem Millimeter in die Anschlussorte einzuführen.