autonomer mobiler Roboter AMR SLAM Navigations- und selbstfahrender Transferroboter für industrielle Materialhandhabung

Kerntechnologieprinzipien 

Die Funktionsweise des Handhabungsroboters der YH-Serie basiert auf dem koordinierten Zusammenwirken von vier Kernkomponenten: 

1. Wahrnehmung der Umgebung und Positionierung

- Nutzung von Multisensorfusionstechnologie, einschließlich Laser-Radar, visuellen Sensoren und Ultraschallsensoren.

- Die Laser-SLAM-Navigation erreicht einen Positionsfehler von ±10 mm und kann ohne voreingestellte Baken autonom kartieren und navigieren.

- Die visuelle SLAM-Navigation nutzt Kameras zur Identifizierung von Umgebungsmerkmalen, ist relativ kostengünstig und eignet sich für stabile Lichtverhältnisse. 

2. Bewegungssteuerungssystem

- Szenario mit geringer Last (≤500kg): Nutzt Differenzialantrieb oder McNamee-Räder, die flexible Bewegungen wie Vorwärtsbewegung, Seitwärtsbewegung und Drehung unterstützen und sich für den Einsatz in engen Passagen eignen.

- Schwerlastszenario (≥1 Tonne): Nutzt Lenkradantrieb + Gabelstapler-Hebemechanismus, mit einer Tragfähigkeit von bis zu 5 Tonnen oder mehr.

- Kann auch in engen Passagen eingesetzt werden. 

3. Autonome Pfadplanung

- Echtzeitberechnung der optimalen Transportroute mit einer Reaktionszeit von weniger als 500 ms.

Wenn mehrere Roboter in einem Cluster arbeiten, optimiert das System automatisch den Pfad, um Staus zu vermeiden.

- Beim Auftreten dynamischer Hindernisse kann es autonom entscheiden, einen Umweg zu fahren oder zu warten, anstatt einfach anzuhalten. 

4. Hindernisvermeidung mittels Multisensorfusion

Ausgestattet mit einem 16-Linien-Laserradar (horizontales Sichtfeld 270°), einem Bodenabstandsmessgerät (0,1 - 3 m) und einem Kollisionssensor (Auslösedruckschwelle 0,5 N).

- Mithilfe des Mechanismus zur Bahnkompensation erfasst die untere Kamera Bodenmerkmale zur Positionskalibrierung in Echtzeit.

Zusammensetzung von Industrierobotern

1. Mechanischer Körper

Dies sind die „Knochen“ und „Muskeln“ des Roboters, der Teil, der die Aktion direkt ausführt.

1.1 Aufbau: Üblicherweise besteht es aus einer Basis, einem großen Arm, einem kleinen Arm, einem Handgelenk und einem Endflansch.

1.2 Gelenke und Freiheitsgrade: Mehrere Gelenke (Dreh- oder Bewegungsgelenke) verbinden die einzelnen Komponenten und ermöglichen so unterschiedliche Freiheitsgrade. Der sechsachsige Industrieroboter verfügt über sechs Freiheitsgrade und simuliert die Flexibilität eines menschlichen Arms.

1.3 Endeffektor: Ein am Handgelenk befestigtes Werkzeug, das in direktem Kontakt mit dem zu bearbeitenden Objekt steht. Beispiele hierfür sind Greifer (pneumatisch/elektrisch), Saugnäpfe, Schweißpistolen, Spritzpistolen, Schleifköpfe, Laserschneidköpfe usw.

2. Antriebssystem

Dies ist die „Energiequelle“ von Industrierobotern und ist dafür verantwortlich, die für die Bewegung verschiedener Gelenke benötigte Energie bereitzustellen.

2.1 Servomotoren: am häufigsten verwendet, bieten eine hohe Präzision und schnelle Reaktionsfähigkeit bei der Positions- und Geschwindigkeitsregelung.

2.2 Hydraulische/Pneumatische Vorrichtungen: Werden in Schwerlast- (hydraulisch) oder einfachen Spannanwendungen (pneumatisch) eingesetzt, sind aber bei hochpräzisen Mehrachsenrobotern weniger verbreitet.

2.3 Untersetzungsgetriebe: Verbindet den Motor mit dem Gelenk, um die Drehzahl zu reduzieren, das Drehmoment zu erhöhen und die Positioniergenauigkeit zu verbessern.

Hauptkomponenten: RV-Reduziergetriebe (häufig verwendet für hochbelastete Gelenke) und Harmonic-Reduziergetriebe (häufig verwendet für leichtbelastete Gelenke oder Handgelenkgelenke).

3. Steuerungssystem

Dies ist das „Gehirn“ des Roboters, das Informationen verarbeitet, Wege plant und Anweisungen gibt.

3.1 Controller-Hardware: Ein Industriecomputer oder ein spezieller Steuerschrank mit CPU, Speicher und Schnittstellenschaltungen.

3.2 Steuerungssoftware/Algorithmus:

3.2.1 Bewegungssteuerung: Lösen der inversen Kinematik und Planen der Gelenkbewegungstrajektorien, um Glätte und Präzision zu gewährleisten.

3.2.2 Logiksteuerung: Verarbeitung von Eingangs- und Ausgangssignalen (E/A) und Koordination der Zusammenarbeit mit anderen Geräten (z. B. Förderbändern, Sensoren).

3.2.3 Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI): Teach-Pendant für Bediener zum Programmieren, Debuggen und Überwachen des Roboterstatus.

4. Wahrnehmungssystem

Dies sind die „fünf Sinne“ des Roboters, mit denen er Informationen über seinen internen Zustand und seine äußere Umgebung erhält und die den Schlüssel zur Erlangung von Intelligenz darstellen.

4.1 Interne Sensoren:

4.1.2 Encoder: Erfasst Motorwinkel und -drehzahl zur Erzielung einer Regelung im geschlossenen Regelkreis.

4.1.3 Drehmomentsensor: Erfasst die Gelenkkraft und wird zur Kollisionserkennung oder Kraftregelung beim Schleifen verwendet.

4.2 Externe Sensoren:

4.2.1 Bildverarbeitungssystem: Industriekamera, 3D-Scanner, zur Positionierung, Identifizierung und Qualitätsprüfung.

4.2.2 Kraft-/Tastsensoren: Am Ende montiert für präzise Montage oder Schleifen mit konstanter Kraft.

4.2.3 Sicherheitssensoren: Lidar, Sicherheitslichtvorhänge, die zur Überwachung des umliegenden Personals und zur Gewährleistung eines sicheren Abschaltens eingesetzt werden.

5. Assistenzsysteme

Obwohl es kein zentrales bewegliches Teil ist, ist es für den Betrieb unerlässlich:

5.1 Stromversorgungssystem: Netzteil, Spannungsregler.

5.2 Luftkreislaufsystem: Versorgt den pneumatischen Greifer bzw. den Ausgleichszylinder mit Druckluft.

5.3 Kühlsystem: Lüfter- oder Wasserkühlungsvorrichtung zur Vermeidung einer Überhitzung des Motors und des Schaltschranks.

5.4 Sicherheitszaun und Not-Aus-Knopf: physischer Schutz, der den Sicherheitsstandards entspricht.

Industrieroboter sind mittlerweile in nahezu allen Fertigungsbranchen angekommen. Ihr Kernziel ist es, Menschen bei sich wiederholenden, gefährlichen und hochpräzisen Aufgaben zu ersetzen. 

1. Die gängigsten Anwendungen

1.1 Handhabung, Be- und Entladung

1.1.1 Automatische Materialaufnahme und -platzierung für Werkzeugmaschinen, Spritzgießmaschinen, Stanzmaschinen

1.1.2 Materialtransfer in Lagern und Produktionslinien

1.2 Schweißen

1.2.1 Punktschweißen und Lichtbogenschweißen von Karosserien

1.2.2 Schweißen von Stahlkonstruktionen, Baumaschinen und Rohrleitungen

1.3 Montage

1.3.1 Verschraubung, Lagereinbau, Bauteilmontage

1.3.2 Montage von 3C-Elektronik, Haushaltsgeräten und Automobilkomponenten

1.4 Schleifen, Polieren, Entgraten

1.4.1 Bearbeitung von Eisenwaren, Badezimmerarmaturen, Druckgussteilen, Aluminiumlegierungsteilen

1.4.2 Ersatz manueller Arbeit, Verringerung staubbedingter Schäden

1.5 Sprühen, Beschichten

1.5.1 Lackieren von Autos, Haushaltsgeräten und Möbeln

1.5.2 Explosionsgeschützt, gleichmäßig, farbsparend

1.6 Palettierung, Verpackung

1.6.1 Automatisches Stapeln von Kartons, Säcken und Fässern

1.6.2 Häufig verwendet in der Lebensmittel-, Getränke-, Chemie- und Logistikindustrie.

1.7 Inspektion, Sortierung

1.7.1 Bildverarbeitungsroboter: Sichtprüfung, Dimensionsmessung, Sortierung fehlerhafter Produkte

1.7.2 Weit verbreitet in der Elektronik-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie

1.8 Schneiden, Bearbeiten

1.8.1 Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Angussentgraten, Bohren

1.8.2 Automobil-, Blech-, Gummi- und Kunststoffverarbeitung

2. Wichtigste Anwendungsbranchen

2.1 Automobilindustrie, größter Anwender: Punktschweißen, Lichtbogenschweißen, Montage, Lackieren

2.2 3C-Elektronik, Mobiltelefone, Computer: Montage, Inspektion, Klebstoffauftrag

2.3 Baumaschinen, Bagger, Kräne: Schweißen, Schleifen

2.4 Eisenwaren und Haushaltsgeräte, Klimaanlagen, Kühlschränke, Küchengeräte: Schweißen, Montage

2.5 Lebensmittel und Pharmazeutika: Sortieren, Verpacken, Palettieren

2.6 Logistik und Lagerhaltung: Palettendemontage, Be- und Entladung

2.7 Schienenverkehr, Schiffe, Stahlkonstruktionen: Schweißen, Schneiden

3. Vorteile des Robotereinsatzes

3.1 Stabile Qualität und hohe Konsistenz

3.2 24-Stunden-Dauerbetrieb, hohe Effizienz

3.3 Reduzierung von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten, Schweißrauch, Schleifstaub und hohen Temperaturen

3.4 Geringere Arbeitskosten, geeignet für die Massenproduktion.

Effizienzsteigerung

- 24-Stunden-Betrieb ohne Unterbrechung und ohne Ermüdungserscheinungen. Ein einzelner Roboter kann 2-3 Arbeitskräfte ersetzen.

- Nach der Einführung in ein bestimmtes E-Commerce-Lager erhöhte sich das tägliche Auftragsvolumen von 50.000 Artikeln auf 120.000 Artikel, was einer Effizienzsteigerung von 140 % entspricht.

- Die Umschlagzeit für Fahrzeuge zwischen den Stationen im Werk wurde von 15 Minuten auf 5 Minuten reduziert, und die Zykluszeit der Produktionslinie erhöhte sich um 67 %. 

Kosteneinsparungen

Das mittelgroße Lager (mit 5 Robotern) spart jährlich über 400.000 Yuan an Arbeitskosten. Die Investition in die Ausrüstung amortisiert sich in der Regel innerhalb von 1–2 Jahren.

Der Energieverbrauch beträgt nur 30 % des Verbrauchs herkömmlicher Gabelstapler. Er unterstützt automatisches Laden und kann nach einer einstündigen Ladezeit 4 Stunden lang betrieben werden. 

Sicherheit und Genauigkeit

Das Multisensor-Hindernisvermeidungssystem hat eine Reaktionszeit von ≤ 100 ms. Bei Kollision mit einem Hindernis kann es innerhalb von 0,3 Sekunden eine Bremsung durchführen.

- Nach der Anwendung in einem Industrielager sank die Anzahl der Unfälle im Zusammenhang mit der Handhabung auf 0.

- Die Fehlerquote bei der Warensortierung sank von 0,1 % bei manueller Bedienung auf 0,01 %, und die Schadensquote der Waren ging von 2 % auf unter 0,2 % zurück.

Die Materialpositionierungsgenauigkeit des neuen Ren-Aluminiumfolienroboter-Mutter-Kind-Fahrzeugs wird innerhalb eines Fehlers von 5 mm kontrolliert. 

Flexibilität und Intelligenz

- Roboter können über ein lokales Netzwerk ein selbstorganisierendes Netzwerk bilden und selbstständig Wegplanung und Aufgabenverteilung aushandeln.

Das System integriert sich nahtlos und erreicht eine vollständige Prozessautomatisierung von „Lagerung – Umschlag – Sortierung – Ausladung“.

- Nach der Anwendung durch ein produzierendes Unternehmen erhöhte sich die Effizienz der Materialrückverfolgbarkeit in der Produktionslinie um 80%.