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Tierisch automatisieren

Der Gecko Gripper macht das Haftkonzept der Echsenfüße erstmals für die Robotik nutzbar

Uwe Böttger Redakteur Industrieanzeiger

Von der Natur lernen heißt siegen lernen: OnRobots Gecko Gripper ist der Gewinner des 9. Robotics Award. Seine Technologie vereinfacht die automatisierte Handhabung glatter Oberflächen immens und ist für die kollaborative Robotik damit revolutionär.
Von Mutter Natur kommen meist die besten Ideen. Eine ganz besonders gute Idee hatte sie für die Familie der Geckos parat: Vollkommen mühelos und wie selbstverständlich bewegen sich die flinken Echsen senkrecht oder gar kopfüber auf Häuserfassaden und sogar spiegelglatten Glaswänden. Ermöglicht wird dieses wundersame Schauspiel, das die Schwerkraft zu widerlegen scheint, durch eine komplexe Oberflächenstruktur an den Füßen der Geckos.

Eine derart ausgefuchste Hafttechnik wie die der Geckofüße scheint geradezu dazu prädestiniert, auch für den Wachstumsmarkt der kollaborativen Industrieroboter nutzbar gemacht zu werden. Laut ist in diesem Sektor der Ruf nach innovativen Technologien, die das Anwendungsspektrum der sogenannten „Cobots“ auf das nächste Level heben. Ein solches Kunststück ist den Entwicklern von OnRobot nun mit dem Gecko Gripper gelungen, welcher das Haftsystem der Geckofüße auf die Robotik überträgt. Eine vergleichbare Technologie gibt es in diesem Markt bislang nicht.

„Wir erleben gerade, wie kollaborierende Roboter von einem Nischenthema zu einem alltäglichen Bedarfsartikel für Industrieunternehmen jeder Größe und Branche werden“, sagt auch Björn Milsch, General Manager DACH & Benelux des dänischen Unternehmens. „Die Konsequenz ist, dass sich der Fokus verschiebt: Es ist nicht mehr entscheidend, welcher Roboter genutzt wird, sondern welche Applikationen er hat und wie er angewendet wird. Denn smarte Werkzeuge sind letztlich ausschlaggebend für die Einsatzmöglichkeiten eines Cobots und die Wertschöpfung der Anwendung.“ Als ein One-Stop-Shop für kollaborative Applikationen möchte OnRobot den Anwendern und Integratoren alles bereitstellen, was diese zur einfachen Realisierung ihres Automatisierungsvorhabens benötigen.

Greifen ohne Energieaufwand
Dem Gecko Gripper kommt im breiten Produktportfolio des dänischen Anbieters dabei ganz besondere Bedeutung zu. Schließlich stellt die Technologie einen völlig neuartigen Ansatz in der Robotik dar: Auf den vier Haftflächen des Greifers befinden sich Mikrostrukturen aus Millionen mikroskopisch kleinen Härchen, die bei Kontakt mit einer glatten Oberfläche sogenannte Van-der-Waals-Kräfte erzeugen. Dabei entsteht ein Adhäsionsdruck sowie eine Scherhaftung. Die neue Art des Greifens – oder vielmehr Haftens – ermöglicht die Handhabung von flachen, insbesondere glatten Gegenständen mit beliebigen Oberflächenformen. Durch ein sachtes Kippen der Flächen wird der Greifvorgang wieder gelöst. Eine weitere Besonderheit: Der Gecko Gripper ist ein wahres Energiespar-Wunder. Ist der Greifer erst einmal am Werkstück „angedockt“, bleibt die Haftung ohne weitere Energiezufuhr dauerhaft konstant. Strom verbraucht lediglich – in minimalem Ausmaß – das Aus- und Einfahren der Haftflächen beim An- und Abkuppeln des Werkstücks. Dank dieser Eigenschaften überwindet der Gecko Gripper die Defizite von Vakuumgreifern, welche bisher als industrieller Standard in den entsprechenden Anwendungsbereichen galten.

Die meisten Vakuumgreifer erfordern ein externes Druckluftsystem. Ein solches kann sich jedoch durch den konstanten Stromverbrauch in der Praxis als außerordentlich kostspielig erweisen, erklärt Björn Milsch: „Je nach Auslastung kann ein externes Druckluftsystem die monatlichen Betriebskosten leicht in den vierstelligen Bereich treiben. Neben der Lärmbelästigung der Mitarbeiter kommt die Störungs- und Verschleißanfälligkeit der Schläuche hinzu sowie Kosten und Aufwand für ihre Installation.“ Der Gecko Gripper eröffne hier massive Einspar-Potentiale. Zudem, so Milsch, trage das Energiesparen zu mehr Nachhaltigkeit in der Produktion bei – für eine zunehmende Zahl von Unternehmen ein relevanter Faktor. Außerdem benötige der Gecko Gripper deutlich weniger Zeit zum An- und Abkoppeln als ein marktüblicher Vakuumgreifer, was Durchsatzsteigerungen ermögliche.

Automatisierungshürden einreißen
Die Anwendungsmöglichkeiten der neuen Technologie sind breit gefächert. Ausgelegt ist der Gecko Gripper für die Handhabung flacher Werkstücke. „Dabei gilt: je glatter und sauberer die Oberfläche, desto besser. Bei rauen, verschmutzen oder feuchten Oberflächen wird der Effekt der Van-der-Waals-Kräfte kleiner“, so Milsch. Pick&Place- oder Palettierungs-Applikationen mit etwa Blechen, Spiegeln oder Solar Panels sind Einsatzgebiete, in denen OnRobot großes Potential sieht. Hier kann der Gecko Gripper weitere Vorteile ausspielen: im Gegensatz zu den Saugnäpfen von Vakuumgreifern hinterlassen die Haftflächen des Gecko Gripper keine Rückstände auf dem Material nach dem abgeschlossenen Greifvorgang.
„Wenn der Handhabung eines Werkstücks ein anschließender Reinigungsvorgang folgen muss, bedeutet das letztlich nur mehr Kosten und mehr Aufwand. Viele Unternehmen haben daher bislang bewusst auf eine Automatisierung solcher Anwendungen verzichtet und führen die Arbeiten nur aus diesem Grund weiter manuell durch. Mit dem Gecko Gripper können wir jetzt den Gesamtaufwand für entsprechende Projekte signifikant verringern und weitere Automatisierungshürden einreißen.“ Auch in der Lebensmittelindustrie kann der Greifer zum Einsatz kommen: Als Beispiel nennt Milsch das Handling gefüllter Chipstüten, ein sehr empfindliches Endprodukt. Der Gecko Gripper wirkt hier während des Greifens keinerlei Druck auf den Inhalt aus.

„Wir möchten der Kreativität unserer Integratoren und Anwender ganz bewusst keine Grenzen setzen“, betont Milsch. „Ich bin mir sicher, dass wir zukünftig von Anwendungen des Gecko Gripper hören werden, an die wir bislang noch gar nicht gedacht haben.“
Doch es gibt bestimmte weitere Anwendungsfelder, an die OnRobot sehr wohl bereits denkt: Auf der Hannover Messe stellte das Unternehmen den Gecko Gripper unter anderem in einer Applikation zum Handling von leeren Leiterplatten vor. Was hat es damit auf sich? „Leiterplatten stecken ja, salopp gesagt, in jedem zweiten Gebrauchsgegenstand. Doch ihre Handhabung im Fertigungsprozess lässt sich gar nicht so ohne weiteres automatisieren: Da die Platinen löchrig sind, lässt sich auf ihnen kein Vakuum erzeugen – Saugnapfgreifer scheiden hier also aus. Und damit sie ein herkömmlicher Zwei-Finger-Greifer von der Ober- und Unterseite aus anpacken kann, müssen sie für den Greifer zunächst entsprechend in Position gebracht werden, was dann entweder manuell geschieht oder weitere Technik erfordert. Der Gecko Gripper kann die Platinen mit seinen Haftflächen aber liegend, also aus ihrer natürlichen Position heraus, anpacken. Auch hier geht es also darum, komplexe Automatisierungsvorhaben einfach zu machen – und letztlich auch so kosteneffizient, dass sich die Automatisierung für den Anwender wirklich lohnt.“

Kollaborativ und kompatibel
Fällt mit dem Gecko Gripper also eine letzte Bastion der Handarbeit? Ja und Nein. Die Technologie hinter dem smarten Greifer erweitert die Möglichkeiten der kollaborativen Robotik immens. Doch natürlich gibt es Grenzen: Die Tragkraft des Greifers beträgt, abhängig vom Material des Werkstücks, bis zu 4,1 Kilogramm. Durch den Einsatz mehrerer Greifer lässt sich die Tragkraft bei Bedarf jedoch steigern. Zudem geht es OnRobot grundsätzlich um eine Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. „Die Idee der kollaborativen Robotik ist, monotone Aufgaben zu automatisieren, um Facharbeitern Freiraum für höherwertige Tätigkeiten zu verschaffen und so die Effizienz in der gesamten Produktion zu verbessern“, sagt Milsch. „Beide sollen ihre Stärken perfekt einbringen können.“ Daher hat OnRobot den Gecko Gripper für die Mensch-Roboter-Kollaboration tauglich designt: Abgerundete Ecken und Kanten befähigen ihn zur direkten Zusammenarbeit mit oder neben menschlichen Werkern ohne Schutzzaun.

Im Einzelfall hänge die MRK-Tauglichkeit einer Anwendung aber auch von Faktoren wie der Beschaffenheit des Werkstücks ab und sei daher individuell zu beurteilen. Und mit welchen Robotermodellen kann der Greifer eingesetzt werden? „Wir sind ein herstellerunabhängiger Anbieter von End-of-Arm-Toolings und legen uns in dieser Hinsicht nicht fest. Wir möchten, dass Anwender aller gängigen Leichtbauroboter-Modelle unsere Produkte einsetzen können“, so Milsch. Der Gecko Gripper ist aktuell bereits kompatibel mit einem breiten Spektrum an Robotermodellen von Universal Robots, KUKA, Kawasaki, Fanuc, Doosan, Techman und Yaskawa, weitere werden folgen.
Im Dezember 2018 kam der Gecko Gripper auf den Markt. Die bisherige Nachfrage scheint zu bestätigen, was OnRobot sich für das Produkt erhofft hat. „Für uns wird es in den nächsten Monaten spannend sein zu sehen, wie die Kunden den Greifer einsetzen und welche Anwendungsgebiete sich noch daraus entwickeln.“