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Sensor-adaptive Sortieranwendung ohne Robotik-Expertise programmieren

MERCK – Standort Darmstadt

Robotik-Anwendungen testen und trainieren

DIE AUFGABE

Kollaborative Roboter halten zusehends Einzug in unsere Arbeitswelt und werden in Arbeitsabläufe integriert – auch beim Chemie- und Pharmaunternehmen Merck. Denn mit ihnen können Arbeitsschritte automatisiert und dadurch Mitarbeiter von gefährlichen oder standardisierten Routinetätigkeiten entlastet und nicht zuletzt die Qualität verbessert werden.
Aber der Umgang mit Robotern will gelernt sein. Darum haben das Site Management Engineering-Team und die Technische Ausbildungsabteilung von Merck eine Prototyping- und Trainingsplattform für kollaborative Roboter am Standort Darmstadt aufgebaut.

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Ziel von Jonas Heeg, Masterand bei Merck, war es, mittels der Prototypingplattform eine sensor-adaptive Sortieranwendung inklusive Bildverarbeitung, Kollisionserkennung, Abfangen von Fehlern und der Ansteuerung von Fördertechnik umzusetzen.

DIE APPLIKATION

Die Sortieranwendung dient als Prototyp für Anwendungen wie dem Sortieren von Produktverpackungen. Die auf einem Förderband transportierten Produkte werden mittels einer Kamera detektiert und identifiziert und je nach Objekttyp abschießend an einem spezifischen Ort abgelegt bzw. zu platziert. Hierbei sendet die Kamera zunächst ein Stopp-Signal an das Förderband, sobald das Objekt von ihr erkannt wird. Anschließend wird der Objekttyp anhand der Kontur festgestellt und das Produkt vom Roboter auf dem für ihn vorab definierten Ablageort (einzeln) platziert oder aufeinandergestapelt.
Beim Stapeln erfolgt die Kollisionserkennung über den Kraft-Momenten-Sensor, der dem Cobot signalisiert, dass er das Objekt absetzen kann, sobald ein bestimmter Widerstand erreicht ist. Soll der Gegenstand jedoch in einer „Vertiefung“, die genau auf die Objektgröße abgestimmt ist, platziert werden, lässt sich diese Aufgabe optimal über eine Spiralsuche lösen.
Da es bei einer falschen Orientierung des Objekts zu Detektionsfehlern kommen kann, war es wichtig, die Anwendung so zu programmieren, dass nicht zuordenbare Objekte wieder in den Werkstückspender zurückgeführt und dann erneut geprüft werden.

WARUM ARTIMINDS?

„Die Plattform dient dem frühen Testen von Roboteranwendungen. Ziel ist es, mit geringem Aufwand schnell abschätzen zu können, ob sich ein Arbeitsablauf für kollaborative Roboter eignet und wir durch die Anwendung unsere Produktionsprozesse effizienter gestalten können. Die vereinfachte und schnellere Programmierung mit ArtiMinds RPS unterstützt uns hier optimal.“

BENEDIKT ULMKE
Senior Project Manager Digital Engineering bei Merck in Darmstadt

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DIE LÖSUNG

Um eine solche Anwendung effizient und robust umzusetzen, ist ein nahtloser Übergang von der Planung der Roboterzelle, über die Inbetriebnahme bis hin zur Wartung und Optimierung nötig. So ist es mit ArtiMinds RPS möglich, bereits (offline) am Schreibtisch mit CAD-Dateien Werkzeugpfade automatisiert zu erstellen, Kollisions- und Erreichbarkeitstests durchzuführen und kollisionsfreie Bahnen zu berechnen. Das hat Merck im produktiven Einsatz überzeugt.

Insbesondere in Kombination mit einer SPS, Kameras und Kraft-Momenten-Sensoren bilden Roboter als universelles Werkzeug das Herzstück moderner Automatisierungsanlagen. Fehlendes Robotik-Know-how sowie hohe Entwicklungskosten sind häufig die limitierenden Faktoren für einen breitflächigen Einsatz im Unternehmen.
Um diese Hürden zu minimieren ersetzt die grafische, intuitive Benutzeroberfläche der Roboterprogrammiersoftware ArtiMinds RPS das textuelle Programmieren und macht spezifische Programmierkenntnisse überflüssig. Per Drag and Drop wählt der Anwender die gewünschten Funktionen und Bewegungen aus vordefinierten Bausteinen aus. Das so erstellte Roboterprogramm kann anschließend erweitert und am echten Roboter in Betrieb genommen werden. Abschließend erzeugt die Software  automatisch nativen Robotercode, der auf der Standardsteuerung des Roboterherstellers und damit ohne zusätzliche Hardware läuft. Dadurch kann das Roboterprogramm jederzeit erweitert oder am realen Roboter angepasst werden.

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„ArtiMinds ist ein sehr nützliches Programmiertool, mit dem man schnell und einfach Abläufe und Teilprozesse für Roboteranwendungen erstellen kann. Die graphische Programmieroberfläche erlaubt einen schnellen Einstieg in die eigenständige Programmierung. Besonders der herstellerübergreifende Ansatz und das einfache Einbinden von Equipment, wie Vision-Sensoren oder Kraft-Momente-Sensoren, sind von großem Vorteil. Auch die 3D-Visualisierung ist sehr hilfreich und ermöglicht ein schnelleres und direktes Testen von Programmen.“

Jonas Heeg, Masterand bei Merck

Take Aways der Sortier-Anwendung:

  • Die grafische, intuitive Benutzeroberfläche der Robot Software ArtiMinds RPS ersetzt das textuelle Programmieren und macht spezifische Programmierkenntnisse überflüssig.
  • Umfangreiche Bausteinbibliothek für ein breites Spektrum an Aufgaben, von Pick & Place über kamerabasierte Detektion bis hin zu kraftsensitivem Fügen von Bauteilen, ab.
  • Offline-Programmierung: mit CAD-Dateien Werkzeugpfade automatisiert erstellen, Kollisions- und Erreichbarkeitstests durchführen und kollisionsfreie Bahnen berechnen.
  • Hybride Programmierung: ArtiMinds RPS ermöglicht nahtlosenr Wechsel zwischen Simulation und realer Welt, wodurch sensoradaptive Anwendung leichter parametriert und Wegpunkte effizienter geteacht werden können.
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ArtiMinds-Robotics-3D-Simulationsumgebung

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