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Arbeiter in Rohrkonstruktion

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Schweißaufgabenassistenz für Rohr- und Rahmenkonstruktionen durch ein Robotersystem

Wenn der Prophet nur unter großen Anstrengungen zum Berg gehen kann, dann kommt der Berg eben doch zum Propheten. Das gilt zumindest für Schweiß-aufgaben bei komplexen Rohr- und Rahmenkonstruktionen, wie sie zum Beispiel bei der Fertigung von Rohrverbindungen für Turbinen oder Rahmenkonstruktionen für Krane und Lastaufzüge vorkommen. Bisher müssen sich die Schweißer die meist schweren Einzelteile mühsam in die richtige Schweißposition heben oder selber zum Schweißen eine Position einnehmen, die dem Körper hohe Belastungen abverlangt.

Ziel des Projekts rorarob ist die Entwicklung eines prototypischen Hardware- und Software-Assistenzsystems (Mehrrobotersystem) zur Bearbeitung von Schweißaufgaben in der Rohr- und Rahmenfertigung, das sich an konkreten Markterfordernissen orientiert.

Die Fertigung von geschweißten Rohr- und Rahmenkonstruktionen kommt im mittelständisch geprägten Maschinen- und Anlagenbau häufig vor. Komplexe "Rohrfiguren" können mit Hilfe des Rohr- und Profilbiegens oder durch mehrere fügetechnisch verbundene Bauteile hergestellt werden. Neben den hohen Investitionskosten für Biegemaschinen führen insbesondere die Veränderung der Wandstärke und die Variantenvielfalt zu technischen Problemen in der für die Branche typischen Einzel- und Kleinserienfertigung. In Folge dessen werden verschiedene arbeitsintensive Schweißverfahren zur Erstellung der Baugruppen eingesetzt.

Typische Problemstellungen dieser Verfahren sind die schwer einzuhaltenden Toleranzvorgaben, hohe Bauteilgewichte, die ausschließlich sequenzielle Fertigung, und dass die Rohrverbindungen häufig noch abschließend an ihrem Bestimmungsort eingepasst werden müssen.

Im Projekt rorarob werden die Werkstücke vom Roboter in eine für den Mitarbeiter günstige Position gebracht und dort positionsgenau gehalten, um nach  folgende Schweißprozesse zu ermöglichen. Weitere unterstützende Funktionen wie beispielsweise das Nachführen der Bauteile während des Schweißprozesses sind denkbar und sollen in der gewählten Anordnung erprobt werden. Anhand von online übertragenen Informationen über die Halbzeuge, Werkstoffe und Werkzeuge können automatisch Empfehlungen für Einstellungsparameter, wie Drahtvorschub und -dicke ausgegeben werden. Ebenso können manuell eingestellte Werkzeugparameter zu einer Anpassung der Bewegungsplanung des Assistenzsystems genutzt werden. Die Gestaltung der Interaktion zwischen Mensch und Maschine unter ergonomischen und ökonomischen Aspekten ist ein wesentliches Ziel des Projektes.

So werden die Mitarbeiter in der Fertigung in die Lage versetzt, parallel zu anderen Fertigungsschritten exakt und ergonomisch optimiert die Konstruktionsvorgaben zu realisieren. Weitere Vorteile sind die Reduzierung der Gesamtherstellungszeit und die Möglichkeit der Anschlussmaßmodellierung zur Anpassung an die Endgeometrie. Die Umsetzung erfolgt nach einer genauen Analyse der Ausgangsbedingungen, wie sie sich derzeit in den Fertigungsabläufen widerspiegeln. Die Informationen fließen in eine Offline-Programmierung zur Simulation der Prozessschritte ein. Ein integriertes Datenkonzept verbindet die Anforderungen der Fertigung und der notwendigen Sicherheitsstrategien für den Einsatz der Robotertechnologie in der Produktion mit einer direkten Mensch-Maschine-Interaktion ohne trennende Schutzeinrichtungen.

Konsortialführer: carat robotic innovation GmbH

Konsortialpartner: Albert Böcker GmbH & Co.KG, MAN Turbo AG, Technische Universität Dortmund – IRPA, Technische Universität Dortmund – APS

Weiterführende Informationen

Ansprechpartner rorarob

Projektleitung
carat robotic innovation GmbH
Joseph-von-Fraunhofer-Straße 20
44227 Dortmund
Tel: +49 (0)231 9700-151
Fax: +49 (0)231 9700-468

Prof. Dr.-Ing. Gerd Grube
Tel: +49 (0)231 9700-160
E-Mail

Publikationen

Mai 2012

Busch, F.; Thomas, C.; Deuse, J.; Kuhlenkötter, B.:
A Hybrid Human-Robot Assistance System for Welding Operations – Methods to Ensure Process Quality and Forecast Ergonomic Conditions.In: Hu, S. Jack (Hrsg.): Technologies and Systems for Assembly Quality, Productivity and Customization - Proceedings of 4th CIRP Conference on Assembly Technologies and Systems (CATS) 2012, 20.-22.05.2012, Ann Arbor, University of Michigan, Michigan, USA, ISBN 978-0-615-64022-8, S. 151-154.

 

April 2012

Thomas, C.:
Direkte Mensch-Roboter-Kollaboration in einem Mehrrobotersystem zur Schweißassistenz. Fachseminar Sichere Mensch-Maschine-Kooperation am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik der Universität Erlangen-Nürnberg, 18. April 2012, Erlangen

 

Dezember 2011

Thomas, C.; Busch, F.; Kuhlenkoetter, B., Deuse, J.:
Process and Human Safety in Human-Robot-Interaction – A Hybrid Assistance System for Welding Applications
In: Jeschke, S.; Liu, H.; Schilberg, D. (Hrsg.): Intelligent Robotics and Applications - Proceedings of 4th International Conference on Intelligent Robotics and Applications (ICIRA2011), 06.-09.12.2011, Aachen, Germany, Verlag Springer Berlin/Heidelberg/New York, ISBN 978-3-642-25485-7, S. 112-121.

 

Oktober 2011

Thomas, C.; Busch, F.; Kuhlenkötter, B.; Deuse, J.:
Ensuring Human Safety with Offline Simulation and Real-time Workspace Surveillance to Develop a Hybrid Robot Assistance System for Welding of Assemblies.
In: Enabling Manufacturing Competitiveness and Economic Sustainability - Proceedings of 4th CIRP Conference on Changeable, Agile, Reconfigurable and Virtual Production (CARV2011), 2.-5. Oktober 2011, Montreal, Canada, Verlag Springer Berlin/Heidelberg/New York 2011, ISBN: 978-3-642-23859-8, S. 465-470.

 

Juni 2011

Thomas, C.; Busch, F.; Kuhlenkötter, B.; Deuse, J.:
Gewährleistung der Humansicherheit durch optische Arbeitsraumüberwachung in der Mensch-Roboter-Kollaboration
In: VDI-Berichte 2143 - Automation 2011, Baden-Baden, VDI-Verlag, Düsseldorf, ISBN 978-3-18-092143-3, S. 259-262, 2011

 

März 2011

Busch, F.; Deuse, J.:
Ergonomische Bewertung von manuellen Schweißtätigkeiten mittels Automotive Assembly Work Sheet (AAWS)
In: Mensch, Technik, Organisation – Vernetzung im Produktentstehungs- und -herstellungsprozess - 57. Kongress der Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e. V., 23.-25.3.2011, GfA-Press, Dortmund, S. 585-588.

 

November 2010

Thomas, C.; Kuhlenkötter, B.:
Sichere und kollaborierende Mensch-Roboter-Interaktion – Entwicklung eines robotergestützten Assistenzsystems für das Handling im Schweißprozess
Internationales Forum Mechatronik (IFM) 2010, 03.-04.11.2010, Winterthur (Schweiz), ISBN 978-3-033-02655-1

 

Oktober 2010

Thomas, C.; Brüninghaus, J.:
Einsatz kooperierender Mehrrobotersysteme in neuen Anwendungsfeldern.
Beitrag zum KooperationsForum Automatisierung und Robotertechnik, veranstaltet von MST Aerospace GmbH. 06.10.2010, Köln

 

Juni 2010

Thomas, C.; Busch, F.; Kuhlenkötter, B.; Deuse, J.:
Safe and Ergonomic Collaboration of Humans and Robots for Welding of Assemblies.
In: Proceedings of 3rd CIRP Conference on Assembly Technologies and Systems (CATS) 2010
“Responsive, customer demand driven, adaptive assembly”,
01.-03.06.2010, Trondheim (Norwegen), S. 121 - 125.