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SafeGrip

Modulare Systemauswahl für prozesssichere Greifer- und Sensortechnologien

Problemstellung

Die sichere Handhabung empfindlicher Objekte ist in der Robotik ein komplexes The­ma, dem derzeit in den jeweiligen Anwendungsfällen vor allem mit Einzelentwicklungen begegnet wird. Ein Beispiel hierfür kön­nen Un­ter­neh­men der Chemieindustrie oder aus dem me­di­zi­nisch-phar­ma­zeu­ti­schen Bereich liefern. Diese Un­ter­neh­men be­trei­ben häufig in ihren Laboren sehr große Lagerbereiche, in denen Mil­lio­nen Prüfmuster von Lacken, Pigmenten, chemischen Reagenzien oder Grundstoffen für die Medikamentenherstellung in Behältern unterschiedlicher Größe vorgehalten wer­den. In einigen kritischen Be­rei­chen der phar­ma­zeu­ti­schen Laborbetriebe sind viele Prüfmuster sehr alt und so gut wie nicht wieder herstellbar, so dass hier sehr großer Wert auf die sichere Handhabung der Substanzen wäh­rend der Kommissionierung gelegt wer­den muss. Dies erfordert eine hohe Griff- und Positioniersicherheit sowie eine gute Überwachung des Handhabungsraumes in­klu­si­ve dem Wissen über andere Objekte der Umgebung. Häufige Fehler, die z. B. zur Beschädigung oder Vernichtung eines Prüfmusters führen, sind zu hohe oder zu niedrige Greifkräfte, Verkantung von Handhabungsobjekten, Fehlpositionierungen und fehlerhafte Mehrfachbelegungen bei der Ablage oder Kollision mit Umgebungs- sowie wei­te­ren Handhabungsobjekten. In anderen Be­rei­chen hingegen sind die Aufgaben zur Kommissionierung durchaus ähnlich, aufgrund der unproblematischeren Wiederbeschaffung einzelner Substanzen sind die An­for­der­ungen an die Prozesssicherheit jedoch wesentlich geringer.

Was fehlt, ist eine an wirtschaftlichen Randbedingungen festgelegte Vorauswahl von Greifer- und Sensorik-Komponenten, die für bestimmte Handhabungsvorgaben eine an die Anwendung adaptierte Prozesssicherheit liefert. Die technisch bestmögliche Lö­sung verursacht in den meisten Fällen unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten nicht zu vertretende Kosten. Auch die „bestnötige“ Lö­sung wird derzeit von Anwendung zu Anwendung meist neu ent­wi­ckelt. Weiterhin fällt bei Betrachtung der Gesamtentwicklungen derartiger Systeme auf, dass der Anteil des Entwicklungsaufwandes für Greifer-Sensor-Kombinationen häufig die Hardwarekosten der gesamten Anlage weit übersteigt. Lö­sun­gen zur Reduzierung der Aufwendungen kön­nen vor allem in diesem Bereich eine erhebliche Steigerung der Wirtschaftlichkeit des späteren Systems erzielen.

SafeGrip Demonstration © IPS​/​TU Dort­mund
SafeGrip Demonstration

Zielsetzung

Das Projektvorhaben SafeGrip zielt mit der Verringerung der meist erheblichen Entwicklungskosten für spezifische Greifer-Sensor-Kombinationen auf eine Beseitigung der oben beschriebenen Problematik. Hierfür soll eine modulare Systemauswahl zur kostenoptimierten Erstellung anwendungsgerechter Systemkombinationen er­ar­bei­tet wer­den. Die Ent­wick­lung fokussiert zu­nächst den Ein­satz im phar­ma­zeu­ti­schen Laborbetrieb, wobei ähnlich gelagerte An­wen­dungen, wie z. B. die Lagerung von Pigment- und Lackproben, mit berücksichtigt wer­den. Diese sollen anwendungsgerecht gestaltet sein und orien­tieren sich vor allem an der Ausrichtung an einer avisierten anlagenbezogenen Prozesssicherheit, die bei der Ent­wick­lung mit steigenden An­for­der­ungen erhebliche Kosten verursachen kann. Des­we­gen bedeutet die Möglichkeit der zielgerichteten Auswahl eine höhere Planungssicherheit.

Die modulare Systemauswahl soll es ermöglichen, für die vordefinierte Prozesssicherheit eine kostengünstige Lö­sung zu konfigurieren. Im Falle der in der Problemstellung genannten Beispiele der pharmakologischen Prüfmuster besteht einerseits die Möglichkeit einen Greifer mit einer höheren Griffsicherheit zu verwenden oder an­de­rer­seits für die vorhandene Greiftechnik die Prozesssicherheit durch ein komplexeres Sensorsystem zu erhöhen (als Beispiel siehe Abbildung). Durch das Integrieren von struk­tu­rier­ten Aus- und Rückfallstrategien in den Prozess soll die Si­cher­heit zusätzlich ver­bessert wer­den. Die mit der jeweiligen Lö­sung zu erreichende Prozesssicherheit wird hierzu anhand eines ebenfalls zu entwickelnden Kennzahlensystems quantifiziert wer­den.

In SafeGrip wer­den zu­nächst ausgewählte Einsatzfälle betrachtet, so dass hierfür ein prozesssicherheitsbezogenes Auswahlsystem aufgebaut wer­den kann. Die entwickelten Methoden und Lö­sun­gen kön­nen im Anschluss an das Projekt für andere Einsatzfälle erweitert wer­den. Dabei kön­nen die erarbeiteten Greifer-Sensor-Kombinationen in verwandten An­wen­dungen, z. B. in der Lack- oder chemischen Industrie mit geringen Anpassungen direkt Verwendung finden, wäh­rend die entwickelte Methodik auf nahezu alle An­wen­dungen, die sensibles, prozesssicheres Greifen verlangen, übertragbar ist. Zudem ist die Patentierung eigenentwickelter Lö­sun­gen geplant.

Vorgehensweise

Im Projekt wer­den, gemäß der avisierten An­wen­dungen, möglichst universell verwendbare Greifer und Sensorkomponenten selbst ent­wi­ckelt oder aus Standardkomponenten zusammengestellt. Daran schließt sich die Umsetzung in gestuften Kombinationen zu einer modularen Systemauswahl an. Die hierfür wichtigsten durchzuführenden Arbeiten sind im Folgenden aufgelistet:

  • Kategorisierung von Greifvorgängen für unterschiedliche Anwendungsfälle
  • Auswahl und Ent­wick­lung von Handhabungseinrichtungen, die einzelne Kategorien möglichst weitgehend abdecken
  • Kombination der Handhabungseinrichtung mit Sensorsystemen
  • Un­ter­su­chung gegenseitiger Beeinflussung von Komponenten zur optimalen Nutzung positiver Neben- und Synergieeffekte und Vermeidung negativer Einflüsse
  • Ent­wick­lung eines Kennzahlensystems zur Quantifizierung der Prozesssicherheit als Freiheitsgrad der kategorisierten Anwendungsfälle
  • Ent­wick­lung von Ausfall- und Rückfallstrategien
  • Prüfung und Validierung der Kategorie-bezogenen Prozesssicherheit

Diese betreffen die unterstützende Notwendigkeit der Definition von Planungskennzahlen sowie wesentlicher Informationsflüsse innerhalb des Referenzplanungsprozesses. Die in der Zielstellung definierte Aus­ar­bei­tung einer Normgrundlage für ein ISO Deliverable birgt in sich das große Potential, einen wissenschaftlich ausgereiften und im nationalen Umfeld entwickelten Sachverhalt auf internationaler Ebene zu positionieren. Die damit verbundene in­ter­na­ti­o­na­le Vorreiterrolle ermöglicht dem nationalen Standort Deutsch­land, sich einen Wissens- und Marktvorsprung zu er­ar­bei­ten, welcher eine deutliche Stär­kung im globalen Konkurrenzkampf darstellt.

Forschungs- und Entwicklungspartner

IBG Automation GmbH

IBG Robotronic GmbH

Förderhinweis

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und For­schung (BMBF) im Rah­men des BMBF-Pro­gramms "For­schung für die Pro­duk­tion von morgen" ge­för­dert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.

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Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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