Robotar blir precisionsverktyg

Robotar är allroundarna i modern tillverkning - tills de stöter på massivt stål eller komplexa fräsbanor. Det är då den stora skakningen börjar. För vad vanliga industrirobotar erbjuder när det gäller flexibilitet saknar de styvhet. Det är just här en gemensam utveckling av Siemens och Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM) i Stade kommer in: en ny hybriddrift som bokstavligen ger robotar ny kraft — utan att offra precision. Utvecklingen har gett Stephan Hansen och Tobias Hamann från Fraunhofer IFAM och Sven Tauchmann och David Bitterolf från Siemens årets Inventor of the Year Award i kategorin ”Open Innovation”. David Bitterolf förklarar en idé för sina meduppfinnare

Att arbeta tillsammans är en vinst för precision

Konceptet bygger på att kombinera två fundamentalt olika typer av drivenheter: direktdrivenheter arbetar med hög precision och hastighet, men skulle bli för tunga och för dyra om de används som enda drivsystem. Indirekta enheter är robusta och kraftfulla, men mindre känsliga. Genom att på ett intelligent sätt kombinera båda systemen i en enda drivlina, hybriddrivning är skapad som erbjuder det bästa av båda. Resultatet är en robot som förblir stabil och har låga vibrationer även vid höga matningshastigheter — vilket närmar sig precisionen hos klassiska verktygsmaskiner.

Fyra sinnen, en idé

Det var den gemensamma expertisen hos de fyra forskarna från industri och vetenskap som möjliggjorde denna innovation. Medan Hansen och Hamann tillhandahöll de vetenskapliga grunderna och kontrolllogiken, bidrog Tauchmann och Bitterolf med år av industriell och tillämpningskunskap inom robotik. Siemens och Fraunhofer har länge haft ett förtroendefullt partnerskap och samarbetar om gemensamma projekt, varav några är offentligt finansierade. Detta gör det möjligt för båda sidor att samla sina resurser. ”Vi har också bra kemi på ett personligt plan, vilket skapar en arbetsmiljö där vi snabbt kan prova och implementera nya idéer”, förklarar Tauchmann.

Sven Tauchmann (Siemens Digital Industries Rörelsestyrning, säkerhet och användarteknik)

Där additiv möter subtraktiv — två processer, en robot

Denna uppfinning gör det möjligt för en robot att arbeta både additivt (lägga till material) och subtraktivt (ta bort material) - med andra ord, vi har 3D-utskrift och fräsning av hårda material som stål inom ett system. En komponent skapas lager för lager och repareras sedan sakkunnigt utan att behöva klämma fast eller byta maskiner. I slutändan blir roboten en slags schweizisk armékniv för tillverkning - beroende på uppgift kan den skriva ut, fräsa eller reparera,” förklarar David Bitterolf. Detta sparar inte bara tid, energi och kostnader utan också utrymme i tillverkningen. Samtidigt blir processerna mer flexibla och hållbara — ett viktigt steg mot resurseffektiva produktionssystem.

David Bitterolf (Siemens Digital Industries rörelsekontroll, Mechatronic Support)

Från labb till applikation

Innovationen har länge lämnat forskningsstadiet och testas redan i inledande pilotprojekt med industripartner. Huvudmålet är att visa att robotar med den nya drivenheten på ett tillförlitligt sätt kan följa banor även vid krävande bearbetningsuppgifter. Detta öppnar upp ny potential för små och medelstora företag — genom kompaktare och effektivare tillverkningsceller kan processer omprövas eller outnyttjad automatiseringspotential frigöras. Ett exempel är föreningen av additiva och subtraktiva processer inom en enda robotcell.

Stephan Hansen (Fraunhofer IFAM Stade, Automations- och produktionsteknik)

Vad driver utvecklarna

”Verkliga kundproblem är den bästa inspirationen för nya idéer”, säger Bitterolf. För Tauchmann är laganda avgörande. ”Om du koordinerar bra på planen gör du de bästa målen.” Vad Hansen värdesätter särskilt är kombinationen av att göra forskning och vårda unga talanger: ”Att mentorera unga kollegor över flera år och se resultat tillsammans är otroligt motiverande.” Och för Hamann uppfyller priset en barndomsdröm: ”Uppfinnaren är inte ett yrke du kan ansöka om. Det är ett attribut du kan tjäna och bära med stolthet,” förklarar han.

Tobias Hamann (Fraunhofer IFAM Stade, Automations- och produktionsteknik)

Ser framåt

Den nya drivarkitekturen öppnar banbrytande möjligheter inom robotaxelstyrning. Parterna arbetar för närvarande med att optimera algoritmen och undersöka hur hybridprincipen kan överföras till andra maskinklasser. Målet är en ny generation industrirobotar som kombinerar maximal bannoggrannhet med precision, mångsidighet och hållbarhet i fräs- och applikationsprocesser — ett exempel på hur nära samarbete mellan forskning och industri tänjer på tekniska gränser.

Robot i aktion

Fraunhofer IFAM:s forskningsaktiviteter

Mer information om produkten 'Run MyRobot /Direct Control' (inklusive ett kontaktformulär) hittar du