Robotik

Fraunhofer IPA macht Robomotion-Greifer um 60 % leichter

Leichter Vakuum-Greifer
Dank Topologieoptimierung 60 % leichter: Der optimierte Robomotion-Greifer mit neuem Flansch. Foto: Fraunhofer IPA
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Vakuum-Greifer sorgen in der Verpackungsindustrie für den sicheren Transport von Produkten mit glatter Oberfläche. Damit der Roboter möglichst viel Gewicht aufnehmen kann, sollte sein Greifer so leicht wie möglich sein. Durch Topologieoptimierung kann das Greifergewicht um 60 % reduziert werden, wie das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) zeigt.

Ramona Hönl ist am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) für die Pressekommunikation zuständig.

Die meisten Roboter verfügen nur über eine sehr begrenzte Traglast – bringt allein der Greifer schon ein hohes Eigengewicht mit, kann der Roboter weniger oder gar keine schweren Produkte mehr aufnehmen. Weiterer Vorteil eines leichten Greifers: Er lässt sich besser beschleunigen, was sich positiv auf den Energieverbrauch auswirkt.

Neben der Gewichtsreduzierung wollten die IPA-Wissenschaftler in einem Gemeinschaftsprojekt mit der Robomotion GmbH auch den Konfigurationsaufwand verbessern: „Beim ursprünglichen Greifer musste man viele Schrauben aufdrehen, um ihn zu wechseln. Wir wollten deshalb einen neuen Adapter integrieren, den man mit nur einem Griff ab- und anmontieren kann“, erläutert Projektleiter Jochen Burkhardt vom Fraunhofer IPA.

Positiver Nebeneffekt: Weniger Materialkosten

Für die Topologieoptimierung hatten die IPA-Experten mit der Finiten-Elemente-Methode (FEM) die Belastungen am Bauteil analysiert – und dabei erkannt, welche Bereiche nur gering belastet werden und somit redutiert werden können. Zwingend benötigte Elemente wie die Luft- und Vakuumkanäle sowie die Anschlussplatte für die Roboteranflanschung wurden als „Non-Design-Areas“ markiert und vom Optimierungsprozess ausgeschlossen. Auf diese Weise wurde klar, dass bei der Anschlussstelle des Greifers – dem Flansch – und den Strömungskanälen Aussparungen vorgenommen werden können.

Nachdem sie einen optimierten Designvorschlag auskonstruiert hatten, führten die Wissenschaftler eine zweite FEM-Analyse durch. „Dabei hat sich gezeigt, dass die Spannungen und Verformungen trotz Materialeinsparungen konstant bleiben“, so Burkhardt. Das neue Greifer-Modell wurde im 3D-Druck realisiert; als Baustoff diente, wie auch schon beim Original, das leichte und trotzdem stabile Polyamid (P12). „Mit der neuen Konstruktion sparen wir sogar noch Materialkosten“, fügt Burkhardt hinzu.

Neuer Flansch für schnellere Konfiguration

Der neue Greifer wiegt nun mit zirka 150 Gramm ganze 60 % weniger als das Vorgängermodell. Mit der Ersparnis war es den Wissenschaftlern möglich, auch einen (etwas schwereren) Schnellwechseladapter hinzuzufügen. „Jetzt muss man nur noch eine Klemmung öffnen, um den Greifer am Roboterarm zu konfigurieren“, informiert Burkhardt.

Die Erkenntnisse der Topologieoptimierung kann Robomotion auch für weitere Greifer verwenden: „Im Projekt wurde ein achtfacher Greifer optimiert, die Maßnahmen lassen sich aber auch bei einem vierfachen Greifer des Unternehmens realisieren“, so Burkhardt. Seiner Meinung nach zeige das Projekt mit Robomotion, dass sich mit Topologieoptimierung selbst bei sehr leichten Bauteilen noch etwas herausholen lasse. „Wir haben einen sehr guten Greifer noch besser gemacht“, so der Experte abschließend.

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