Für den Anlass Lehrberufe à la carte benötigten wir Automatiker ein anschauliches Projekt. Da der Roboter ein sehr spannendes Projekt wäre, haben wir beschlossen, ein Projekt mit ihm zu realisieren. Nach einer Phase der Ideenfindung haben wir entschieden, dass der Roboter ein Haus aus Plastikbausteinen bauen soll. Der Roboter sollte die Steine einzeln greifen und auf eine Grundplatte setzen.
Das gekaufte Set besteht aus einem kleinen Wagen mit dem Roboter und einer Steuerung. Der Roboter war bereits auf dem Wagen montiert. Um die Bausteine separat greifen zu können, bauten wir ein automatisches Bausteinzuführsystem dazu. Dieses System benötigt ebenfalls eine Steuerung, um die Steine zu vereinzeln.
Die Vision des Hauses entstand in einem 3D-Programm. Dort habe ich zuerst das ganze Haus virtuell aufgebaut. Dies half uns beim Bestellen der Bausteine, da wir direkt einsehen konnten, wie viele und welche Bausteine benötigt werden.
Da es sich bei diesem Projekt um 128 verschiedene Steine handelt, kann man sehr schnell den Überblick verlieren. Um dies zu verhindern, habe ich jeden Stein gekennzeichnet, von A1 bis K2. Der Buchstabe definiert jeweils die Höhe des Steines, die Zahl die Position des Steines auf der jeweiligen Höhe.
Der Roboter arbeitet in einem kartesischen Koordinatensystem. Dafür benötigt der Roboter die Distanz vom gesetzten Nullpunkt zum Mittelpunkt des Steines, angegeben in Millimetern. Diese Distanzen konnte ich leider nicht direkt aus dem 3D-Programm exportieren. Um mir die Arbeit zu erleichtern, habe ich ein vereinfachtes Koordinatensystem erstellt. Dort habe ich die Positionen herausgeschrieben und diese in einer Excel-Tabelle in Millimeter umgerechnet.
Nun hatte ich alle Punkte und Positionen für den Roboter, sodass dieser jeden Punkt anfahren konnte. Um die Funktionalität zu testen, habe ich den Roboter so programmiert, dass er die jeweiligen Steine auf der Grundplatte neben dem Haus nimmt und diese dann zum Bau des Hauses verwendet. Der Nachteil dabei war, dass eine Person neben dem Roboter stehen musste, um den passenden Stein bereitzustellen. Wenn der Roboter schon vollautomatisch die Bausteine aufeinandersetzt, sollte es nicht sein, dass ein Mensch ständig die Steine von Hand auf die Platte legt.
Daher habe ich ein vollautomatisches Bausteinmagazin konstruiert. Zuerst habe ich getestet, auf welchem Material die Steine am besten rutschen. Danach habe ich den optimalen Winkel der Rutschen ermittelt, damit die Steine am besten gleiten. Aus diesen Erkenntnissen habe ich einen ersten Prototyp hergestellt. Dieser funktionierte so gut, dass ich ohne weitere Anpassungen die drei weiteren Magazine zeichnen konnte. Diese Zeichnungen gab ich den Lernenden aus dem ersten Lehrjahr, die mir dann die weiteren Magazine herstellten.
Der Roboter hat leider nicht genug elektrisch schaltbare Ausgänge, um das Magazin einfach anschließen zu können. Daher brauchte das ganze System noch eine zusätzliche Steuerung. Dafür habe ich eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) genommen. Eine SPS ist ein industrieller Computer, der elektrische Ausgänge schalten kann. Diese SPS musste ich anschliessen und programmieren.
Nun sind alle Komponenten für den Betrieb vorhanden und somit sind auch die Vorbereitungen abgeschlossen. Damit der Roboter reibungslos läuft, haben wir alle Systeme getestet und optimiert. Sei es durch kleinere Programmänderungen, um den Roboter effizienter arbeiten zu lassen, oder durch das Beseitigen kleiner Unreinheiten im Metall der Rutsche, sodass die Steine richtig hinunterrutschen. Dieses Testen und Optimieren nahmen unerwartet viel Zeit in Anspruch. Trotzdem wurden wir rechtzeitig für Lehrberufe à la carte fertig.
Der Roboter war ein grosser Erfolg und zog viele Zuschauerinnen und Zuschauer an unseren Stand.
Till K. Automatiker EFZ, 4. Lehrjahr