Blackpicker: Pick&Place-Automat aus Maker-Komponenten (Teil1)

Ein Selbstbau-Portalroboter löst Probleme, die sonst weitaus teureren Industriegeräten vorbehalten sind. Die Objekterkennung erledigt ein RasPi mit Kamera.

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Von
  • Ramon Hofer Kraner
Inhaltsverzeichnis

Wer in der Automatisierungsindustrie arbeitet und in der Freizeit an 3D-Druckern und Lasercuttern herumexperimentiert, wird in diesem Artikel neue Wege finden, denn es geht genau um die Verschmelzung dieser beiden Themen. Ein aus gut erhältlichen Komponenten selbstgebauter Portal-Pick'n-Placer ersetzt beim Autoren einen teuren Industrieroboter.

In der Welt der Automatisierung wird es schnell teuer. Stabile Profile, Vorrichtungen, Steuerungen oder Roboter haben immer noch stolze Preise, obwohl sich der Markt der Low-cost Roboter langsam in Richtung bezahlbarer Preise bewegt. So sind z.B. Roboter wie der Dobot Magician für ca. 1500 Euro zu haben. Dabei liegt die Genauigkeit und die Geschwindigkeit für den Heimgebrauch auf einem sehr guten Niveau von ca. 0,2 mm und 320°/s. Wer kleine Bauteile (max. 250g) auf einer relativ kleinen Fläche handhaben will, könnte mit einem solchen Arm glücklich werden.

Es geht aber noch günstiger, größer, schneller und mit mehr Freiheitsgraden. Die Materialkosten meines BlackPickers belaufen sich für die gesamte Maschine auf ca. 1300 Euro. Damit lassen sich auf einem großen Tisch ca. 80 wild ausgestreute und beliebig orientierte Hülsen (3,4,5) in 10 Minuten sortieren – alles gesteuert durch einen Teensy-Mikrokontroller als Steuerung und einen Raspberry Pi mit Kamera für die Objekterkennung.

Die Aufgabe ist nicht ganz einfach: 100 bis 300 wild ausgestreute Hülsen sollen mittels Objekterkennung in Position und Orientierung erfasst und mit einem Greifer in vorgefertigte Ablagen manövriert werden. Dabei ist zu beachten, dass immer die Seite mit dem kleinen Loch einheitlich nach links ausgerichtet zu liegen kommt.

Hülsen und Sortierrahmen: Die Maschine soll die Hülsen richtig ausgerichtet in das Tray befördern.

Wer solche Hülsen mit gängiger Industrieautomatisierung sortieren möchte, benötigt einen Roboter mit großem Aktionsradius, genügend Kraft und Genauigkeit. Hier könnte man evtl. mit Lösungen um die 10.000 Euro glücklich werden, jedoch wird die Tracking-Lösung (günstiges 3D-System) mit dem gleichen Betrag ein richtig großes Loch in die Geldbörse reißen. Auf der anderen Seite bieten Maker bereits praktikable Lösungen an. Hier positioniert sich z.B. der Liteplacer im Bereich der Bestückungsmaschinen als industrienaher Maker-Ansatz. Der wesentliche Bestandteil, nämlich ein kompakter, stabiler Greifer, fehlt leider, da die Maschine für das Ansaugen von SMD-Bauteilen ausgelegt ist.

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Ein Ansatz, der in die gewünschte Richtung geht, ist der Arduino- und Raspberry-Pi-gesteuerte Greifer von Paco Garcia für Spielzeug. Doch hier wird schnell ersichtlich, dass die Vorrichtung für den industriellen Einsatz noch viel zu wenig Zuverlässigkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit besitzt. So wurde nach intensiver und leider erfolglosen Suche im Netz dann doch entschieden, eine Maschine neu aufzubauen, um die Grenzen eines solchen makerbasierten Ansatzes zu testen.