Flexible Bin-Picking

Unter dem Ausdruck „Bin-Picking“ oder auch „Griff in die Kiste“ versteht man die automatisierte Vereinzelung von ungeordnet platzierten Teilen. Bin-Picking spielt in der im Bereich der Automatisierungstechnik eine große Rolle, die Realisierung ist jedoch mit einer Reihe von Herausforderungen verknüpft.

Bei dieser Art der Handhabung werden geringe Zykluszeiten sowie ein hoher Entleerungsgrad angestrebt. Zu den damit einhergehenden Herausforderungen zählt unter anderem die Kollisionsproblematik in Form einer Störkontur durch den Behälter. Des Weiteren erfordert das manuelle Testen von Bin-Picking Szenarien einen hohen Engineering Aufwand, dessen Reduzierung ebenfalls eine hohe Priorität hat.

Um das volle Potential der Automatisierung von Handhabungsprozessen ausschöpfen zu können, entwickelt die Geenial mbH Lösungsansätze, welche die Planung und Umsetzung von Bin-Picking Applikationen vereinfachen soll. Auf diese Art und Weise sollen effiziente Resultate erzielt werden, die den Anforderungen der Industrie gerecht werden können.

Eine klassische Bin-Picking Applikation besteht aus mehreren Komponenten, die genau aufeinander abgestimmt werden müssen. Dazu gehört das zu greifende Werkstück, welches über Eigenschaften wie einer bestimmten Formkontur oder dem Werkstoff charakterisiert ist. Eine zentrale Komponente bildet das Roboter-System. Die Auswahl des zu verwendenden Roboters ergibt sich beispielsweise aus Kriterien für Reichweiten, Handhabungsgewichten sowie der Größe des Roboters. Um den Applikationsaufbau zu vervollständigen, spielt die Vision-Technik eine große Rolle. Die 3D-Vision Systeme bestehen aus einer Kamera sowie einer Software zur Bauteillokalisation. Die für die jeweilige Applikation geeignete Greiftechnik, welche am Roboterflansch montiert wird, bildet einen weiteren Bestandteil. Ein besonderes Augenmerk liegt bei der nachfolgend vorgestellten Lösung unter anderem auf der kollisionsfreien Bewegung des Roboters, wofür eine entsprechende Bahnplanung benötigt wird. Durch die genaue Adaption aller Komponenten ist das Bin-Picking ein ganzheitlich funktionierendes System.

Um die erforderliche Genauigkeit, Zuverlässigkeit sowie einen schnellen Ablauf zu ermöglichen, kommt es also auf eine exakte Abstimmung dieser Komponenten an. In der Praxis wurde diese bisher in der Regel über reale Iterationsschleifen ermittelt. Dies führte dazu, dass die Inbetriebnahme einer Bin-Picking Zelle von der Planung bis zum Realaufbau mehreren Wochen in Anspruch nehmen konnte. Selbst einfache Veränderungen im Programmablauf, beispielweise die Verarbeitung anderer Teile, könnten eine komplette Neukonfiguration mit einem entsprechend hohen Engineering-Aufwand auslösen.

Während die ersten beiden Komponenten, bestehend aus dem zu greifenden Teil und dem selektierten Robotersystem vergleichsweise schnell ermittelbar sind, stellt das Zusammenspiel aus Greiftechnik, Vision-System sowie die Planung von kollisionsfreien Roboterbewegungen eine besondere Herausforderung dar.

Die Geenial mbH entwickelt die Lösung „Flexible Bin-Picking“, um den Prozess „Griff in die Kiste“ zu vereinfachen, einen robusten Produktionsablauf zu gewährleisten und Set-Ups sowie Konfigurationsanpassungen von bestehenden bzw. neuen Installationen zu beschleunigen.

Das Flexible Bin-Picking wird durch die wesentlichen Hauptbestandteile charakterisiert:

  • Weitgehend standardisiertes Roboterprogramm für ABB-Industrieroboter (6-Achs- sowie 7-Achs-Dual Arm Roboter)
  • Schnittstelle für verschiedene Vision-Systeme, z.B. ISRA ShapeScan 3D oder VISIO NERF
  • Smarte Bedienoberfläche für Handbediengeräte zur intuitiven Handhabung
  • Modul zur Ermittlung von kollisionsfreier Roboterbewegung
  • Virtuelle Planung
    • Für Taktzeit- und Erreichbarkeitsprüfungen
    • Zur Ermittlung von des Entleerungsgrades
    • Zur Ermittlung von idealen Prozessparameter
    • Zur Optimierung der Prozess- oder Kisteneigenschaften
  • Wiederverwendbare Module für einen schnellen Setup-Aufbau

Die Lösung basiert auf Erkenntnissen und langjähriger Expertise aus durchgeführten Bin-Picking-Projekten. Der Einsatz der Software reduziert den Engineering-Aufwand signifikant und stellt eine standardisierte Lösung für Bin-Picking-Applikationen mit ABB-Robotern dar. Diese lässt sich sowohl mit konventionellen 6-Achs-Knickarm Robotern als auch mit 7-Achs-Dual Arm Robotern verwenden. Wird ein bestehendes Bin-Picking-System vor neue Anforderungen gestellt, zeigt sich die entwickelte Lösung dahingehend flexibel, dass die Konfigurationen für bestimmte Werkstücke, Behälter, Greifer, Stationslayouts oder Visual Systems relativ einfach ausgetauscht werden können. Durch den Einsatz von Flexible Bin-Picking wird es dem Anwender ebenfalls ermöglicht, Bin-Picking zu simulieren und somit beispielsweise die Deadlock Problematik in den Griff zu bekommen oder Taktzeiten zu optimieren.

Das RIF e.V. bietet in Kooperation mit der Geenial mbH eine Reihe von Dienstleistungen an, die im Rahmen eines Projektes in Anspruch genommen werden können. In der Anforderungsanalyse werden beispielsweise Konzeptstudien oder Machbarkeitsuntersuchungen durchgeführt, die zu ersten Ergebnissen oder Rückschlüssen führen. Zur konstruktiven Ausarbeitung zählt die Roboterprogrammierung aber auch die Entwicklung einer Bahnplanungs-Software. Im Rahmen von simulativen Analysen werden Zellenlayouts geplant sowie Erreichbarkeits- und Taktzeituntersuchungen durchgeführt und dokumentiert.

Anschließend erfolgt die reale Umsetzung der geplanten Applikation. Dazu zählen folgende Module:

  • die Durchführung von Integrator-Leistungen
  • sowie prototypische Verifikationen
  • Auslegung des Zellenlayouts und Optimierung der Behälter
  • Risiko- und technisch-wirtschaftliche Betrachtungen

Nachdem die Bin-Picking Applikation analysiert, geplant und im Realaufbau umgesetzt wurde, lassen sich nach einiger Zeit des Realbetriebs weitere Aussagen über mögliche Optimierungspotenziale treffen, um die Anwendung noch effizienter zu gestalten. 

Autoren des Artikels

Monika Sopalski, M. Sc., Mitarbeiterin in der Abteilung Produktionsautomatisierung am RIF e.V.

Dr.-Ing. Dipl.-Inf. Adrian Schyja, Leitet Projekte in der Abteilung für Produktionsautomatisierung am RIF e.V.

Dipl.- Ing. (FH) Volker Miegel,Geschäftsführer Geenial mbH, Leiter und Koordinator der Abteilung Produktionsautomatisierung am RIF e.V.