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Industrierobotik und virtuelle Roboterzellen – Greifer nach Werkstück auswählen

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Einleitung

Industrierobotik und virtuelle Roboterzellen – Greifer nach Werkstück auswählen

Zielgruppe: Ausbildung in Mechatronik, Industriemechanik, Automatisierungstechnik und verwandten Berufen.

Lernzeit: 45–60 Minuten, aufgeteilt in kurze Lerneinheiten.

Ausbildungsauftrag: Du wählst für drei Werkstücke geeignete Greifprinzipien aus, prüfst virtuelle Signale und diagnostizierst Fehler in einer simulierten Roboterzelle.

Lernziele:

Formschluss und Kraftschluss unterscheiden.
Vakuumgreifer und ihre Grenzen erklären.
Eine begründete Greiferauswahl treffen.
Signalverläufe einer virtuellen Anlage auswerten.
Steuerungs- und Diagnoseentscheidungen im Simulator prüfen.
Die Grenzen von Simulation und realer Maschinensicherheit erklären.

Sicherheitsregel: Alle Steuerungs-, Bewegungs- und Diagnoseaufgaben werden ausschließlich in einer vollständig vom realen Roboter getrennten Simulation bearbeitet. Ein ausdrücklich abgesicherter Schulungsbetrieb ist nur unter fachkundiger Aufsicht und nach den dafür geltenden Sicherheitsvorgaben zulässig. Dieser Kurs enthält keine Live-Fahrbefehle. Simulationsergebnisse sind niemals eine Sicherheitsfreigabe für reale Anlagen.

Reale Roboterzellen besitzen technische Schutzeinrichtungen. In diesem Kurs wird keine reale Anlage angesteuert.

Ausbildungsfall: Die virtuelle Sortierzelle S-01

Lerneinheit 1: Drei Werkstücke, drei Greifaufgaben

Dauer: 5 Minuten

In einer fiktiven Ausbildungsfirma sollen unterschiedliche Werkstücke von einer Zuführung in drei Ablagen sortiert werden.

Werkstück	Eigenschaften	Anforderung
A: Kunststoffkappe	Leicht, umlaufender Kragen mit zugänglicher Unterkante	Kontur schonend hintergreifen
B: Aluminiumquader	40 × 30 × 20 mm, trockene parallele Seitenflächen	Seitlich greifen, Oberfläche nicht beschädigen
C: Acrylplatte	140 × 90 × 3 mm, glatt und luftdicht	Von oben aufnehmen, Kanten frei halten

Dein Auftrag: Ordne A, B und C zunächst je einem bevorzugten Greifprinzip zu. Begründe Deine Entscheidung anhand der Werkstückgeometrie.

Virtuelle Anlagenübersicht

**S-01: Vereinfachtes Anlagenmodell**
Zuführung	→	Werkstückerkennung	→	Virtueller Roboter mit Greifer
A / B / C		Typ und Lage		Greifvorgang im Simulator
↓
Ablage A　\|　Ablage B　\|　Ablage C

Wichtig: S-01 ist ein didaktisches Anlagenmodell, keine bereitgestellte oder sicherheitstechnisch validierte Roboterzelle.

Erste Entscheidung

Werkstück	Bevorzugter Ansatz	Warum?
A	Formschluss	Greiffinger können unter den zugänglichen Kragen greifen.
B	Kraftschluss	Parallelbacken nutzen Reibung an den Seitenflächen.
C	Vakuum	Die glatte, dichte Oberfläche ermöglicht das Abdichten eines Saugers.

Begründetes Feedback: Die Zuordnung ist für die festgelegten Modellwerkstücke plausibel. Sie ist keine allgemeingültige Produktauswahl: Greifkraft, Werkstoffverhalten, Oberflächenzustand, Beschleunigung, Greifergewicht und Störfälle müssen zusätzlich geprüft werden.

Drei Greifprinzipien verstehen

Lerneinheit 2: Formschluss

Dauer: 5 Minuten

Beim Formschluss wird ein Werkstück durch passende Geometrien gehalten. Beispielsweise greifen Finger hinter einen Absatz, eine Nut oder einen Kragen.

Merksatz: Die Form verhindert eine Bewegung in der betrachteten Lastrichtung.

Beispiel eines werkstückbezogenen Greifwerkzeugs. Prüfe immer, welche Flächen die Last tatsächlich übertragen.

Im Ausbildungsfall: Werkstück A besitzt einen zugänglichen Kragen. Modellierte Greiffinger können diesen hintergreifen.

Stärken: Die Lastübertragung kann weniger von der Reibung abhängig sein.

Grenzen: Die Gegenkontur muss erreichbar, tragfähig und korrekt positioniert sein. Formschluss ist nicht automatisch in jeder Richtung vorhanden.

Basisaufgabe: Skizziere zwei Greiffinger und die Unterkante des Kragens. Kennzeichne mit einem Pfeil, wo die Last beim Anheben übertragen wird.

Lerneinheit 3: Kraftschluss

Dauer: 5 Minuten

Beim Kraftschluss entsteht der Halt durch Kräfte zwischen Greifer und Werkstück. Beim üblichen reibschlüssigen Backengriff verhindert die Haftreibung das Rutschen.

Merksatz: Ohne ausreichende Normalkraft und Reibung kann das Werkstück gleiten.

Beispiel eines mechanischen Robotergreifers.

Im Ausbildungsfall: Werkstück B besitzt zwei parallele Seitenflächen für einen modellierten Parallelgreifer.

Stärken: Ein mechanischer Greifer kann viele Werkstücke unterschiedlicher Abmessungen handhaben.

Grenzen: Verschmutzung, Öl, geringe Reibung oder hohe Beschleunigungen können den Halt verschlechtern.

Vereinfachtes Denkmodell:

Reibkraft einer Kontaktfläche = Reibwert × Normalkraft.

Bei zwei gleich belasteten Greifbacken kann man näherungsweise mit der Summe beider Reibkräfte rechnen. In einer realen Anwendung zählen zusätzlich die ungünstigste Lastrichtung, dynamische Kräfte, Fingergeometrie und die Herstellerangaben.

Video: Parallelgreifer kennenlernen

Festo HGPL Parallel Pneumatic Gripper Walk Through, Sebastian Balos Tech Talk. Beobachtungsauftrag: Wo bewegen sich die Backen und wo berühren sie das Werkstück?

Anwendungsaufgabe: Vergleiche im Simulator eine saubere und eine verschmutzte Kontaktfläche. Beschreibe, warum bei identischer Backenstellung unterschiedliche Haltebedingungen möglich sind.

Lerneinheit 4: Vakuum

Dauer: 6 Minuten

Ein Vakuumgreifer nutzt eine Druckdifferenz zwischen Umgebung und Saugerinnerem. Entscheidend sind unter anderem die wirksame Saugerfläche und die Abdichtung.

Merksatz: Ohne ausreichende Druckdifferenz und geeignete Dichtfläche ist der Halt nicht zuverlässig.

Beispiel eines Sauggreifers.

Im Ausbildungsfall: Werkstück C hat eine glatte, dichte Oberfläche.

Eigenschaft	Bedeutung für den Vakuumgreifer
Glatt und dicht	Meist günstige Voraussetzungen für das Abdichten
Porös	Luft kann nachströmen
Rau oder stark gekrümmt	Die Dichtlippe kann unvollständig aufliegen
Verschmutzt	Leckagen und instabiler Kontakt sind möglich
Empfindlich	Kontaktfläche und mögliche Abdrücke prüfen

Vereinfachtes Denkmodell:

Theoretische Saugkraft = Druckdifferenz × wirksame Fläche.

Das ist noch keine zulässige Tragfähigkeit. Leckagen, Scherkräfte, Beschleunigungen, Werkstückverformung und herstellerspezifische Sicherheitsfaktoren müssen berücksichtigt werden.

Video: Vakuumgreifen in einer virtuellen Anlage

ABB-RobotStudio-Simulationsprojekt von Maurilio E. Patiño Pérez. Beobachte insbesondere den virtuellen Sauger ab 01:01, das Förderband ab 06:16 und die digitalen Signale ab 17:36. Der spätere Normenabschnitt bezieht sich auf ältere Normausgaben und dient nicht als aktuelle Sicherheitsanleitung.

Basisaufgabe: Erkläre, warum die Acrylplatte C besser zum einfachen Sauger-Modell passt als eine stark poröse Werkstoffplatte.

Greifer systematisch auswählen

Lerneinheit 5: Auswahlmatrix

Dauer: 6 Minuten

Die Werkstückgeometrie ist der Ausgangspunkt. Danach müssen Lastfall und Umgebungsbedingungen bewertet werden.

Prüffrage	Formschluss	Kraftschluss	Vakuum
Geeignete Kontur vorhanden?	Besonders wichtig	Hilfreich	Nicht erforderlich
Reibwert ausreichend?	Je nach Lastrichtung	Besonders wichtig	Bei Querlasten wichtig
Dichte Saugfläche vorhanden?	Nicht entscheidend	Nicht entscheidend	Besonders wichtig
Gefahr durch Oberflächendruck?	Konturkontakt prüfen	Backendruck prüfen	Saugerkontakt prüfen
Typischer Diagnosebedarf	Kontur und Werkstücklage	Backenstellung und Haltenachweis	Unterdruck und Leckage

Die drei wichtigsten Fragen:

Werkstückgeometrie: Wo kann der Greifer angreifen?
Lastfall: Welche Kräfte können beim Transport auftreten?
Prozessüberwachung: Woran erkennt die Steuerung einen erfolgreichen Griff?

Grenzfall: Ein Parallelgreifer kann formschlüssig, kraftschlüssig oder kombiniert greifen. Die Bauform allein bestimmt nicht das Wirkprinzip.

Mini-Rechenfall für die Simulation:

Für B werden zwei Greifbacken modelliert. Pro Backe wirken 15 N Normalkraft, der angenommene Reibwert beträgt 0,3. Damit stehen rechnerisch zusammen 9 N Haftreibung zur Verfügung.

Bei einer Masse von 0,4 kg, einer zusätzlichen Beschleunigung von 2 m/s² in ungünstiger Lastrichtung und einem angenommenen Modellfaktor von 2 werden rund 9,45 N benötigt.

Ergebnis: 9 N sind kleiner als 9,45 N. Der Modellfall erfüllt die angenommene Anforderung nicht.

Feedback: Die Rechnung deckt einen unzureichenden Haltekraftansatz auf. Andere Finger, Reibbeläge, Bewegungsparameter oder ein anderes Greifprinzip müssen bewertet werden. Die Zahlen sind reine Übungsannahmen und weder Herstellerdaten noch eine Freigabe für reale Anwendungen.

Gestufte Hilfen zur Greiferauswahl

Hilfe 1 – Denkanstoß

Beginne mit der Werkstückoberfläche und prüfe, ob ein Absatz, zwei Kontaktseiten oder eine dichte Fläche vorhanden sind.

Hilfe 2 – Eingrenzung

Ein zugänglicher Absatz spricht für formschlüssiges Hintergreifen. Zwei seitliche Kontaktflächen erlauben einen reibschlüssigen Backengriff. Eine ebene, dichte Fläche kann für Vakuum geeignet sein.

Hilfe 3 – Lösungsprüfung

Prüfe A auf Formschluss, B auf Kraftschluss und C auf Vakuum. Nenne danach für jede Lösung mindestens eine Grenze. Eine begründete Alternative ist zulässig, wenn Geometrie und Lastfall sie unterstützen.

Virtuelle Roboterzelle und Steuerung

Lerneinheit 6: Ausschließlich offline simulieren

Dauer: 6 Minuten

Du kannst das Modell S-01 mit einer geeigneten Robotersimulation nachbilden oder die nachfolgenden Tabellen als papierbasierte Simulation verwenden.

Geprüfte Simulator-Ressourcen:

CoppeliaSim: Simulationsumgebung. Die Edu-Ausgabe unterliegt Nutzungsbedingungen für Schulen und Hochschulen; die Verfügbarkeit für Ausbildungsbetriebe muss gesondert geklärt werden.
CoppeliaSim-Handbuch: Einführung in Szenen, Objekte und Simulationsmodelle.
ABB RobotStudio-Tutorials: Hersteller-Lernmaterial für virtuelle Roboterstationen und Signale. Software- und Lizenzbedingungen beachten.

Vorgabe: Die Lernumgebung bleibt ohne Netzwerk- oder Hardwareverbindung zu einem realen Roboter, einer realen SPS und realen Antrieben.

Video: Virtuelle Pick-and-Place-Station erstellen

RobotStudio-Tutorial von MSMTECH. Verwende ausschließlich den virtuellen Controller und keine Übertragung an reale Roboter.

Lerneinheit 7: Virtuelle Zustände und Signale

Dauer: 8 Minuten

Die simulierte Steuerung benötigt einen nachvollziehbaren Ablauf. Im Kurs werden nur didaktische Signale mit dem Präfix SIM_ verwendet.

Virtuelles Signal	Bedeutung
SIM_TeilDa	Werkstück befindet sich an der Entnahmestelle
SIM_AmGreifpunkt	Modellierter Greifpunkt erreicht
SIM_VakuumEin	Simulierter Vakuumerzeuger aktiviert
SIM_U_Betrag	Simulierter Unterdruckbetrag in kPa
SIM_GriffOK	Greifnachweis aus dem Modell
SIM_Transfer	Freigabe des nächsten Modellablaufs
SIM_Fehler	Fehlerzustand der Modellsteuerung

Didaktische Modellannahme: Für Werkstück C soll SIM_U_Betrag mindestens 45 kPa erreichen. Die Zeitüberwachung beträgt im Beispiel 500 ms ab dem simulierten Ansaugbeginn.

Diese Schwelle ist ausschließlich ein frei festgelegter Trainingswert, kein realer Betriebsparameter.

Zustand	Erwartete Bedingung	Folgezustand
Warten	SIM_TeilDa	Bereit
Bereit	SIM_AmGreifpunkt	Greifen
Greifen	SIM_VakuumEin und erfolgreicher virtueller Greifnachweis	Prüfen
Prüfen	Griff plausibel bestätigt	Transport im Modell
Transport	Virtuelles Ziel erreicht	Ablegen
Ablegen	Greifer löst und Werkstück liegt im Ziel	Warten
Fehler	Fehlende oder widersprüchliche Bestätigung	Virtueller Ablauf gesperrt

Entscheidungsregel: Der simulierte Transfer darf erst nach bestätigtem und plausibilisiertem Griff in den nächsten Zustand wechseln.

Nicht ausreichend: Die Meldung „Backen geschlossen“ oder „Vakuum eingeschaltet“ ist für sich allein kein Beweis, dass ein Werkstück tatsächlich gehalten wird.

Virtueller Signalverlauf: Erfolgreicher Griff

Zeit	SIM_VakuumEin	SIM_U_Betrag	SIM_GriffOK	Modellzustand
0 ms	0	0 kPa	0	Bereit
100 ms	1	0 kPa	0	Ansaugen
300 ms	1	28 kPa	0	Prüfen
500 ms	1	47 kPa	1	Griff bestätigt
700 ms	1	50 kPa	1	Virtueller Transport
900 ms	0	0 kPa	0	Werkstück abgelegt

Interpretation: Die modellierte Druckdifferenz erreicht die Trainingsschwelle rechtzeitig. Erst nach zusätzlicher Plausibilisierung wird der Griff bestätigt.

Anwendungsaufgabe: Zeichne einen Signalverlauf für SIM_GriffOK. Begründe, warum das Signal nicht schon beim Einschalten von SIM_VakuumEin aktiv sein darf.

Diagnose an der virtuellen Roboterzelle

Lerneinheit 8: Fehlerfall Leckage

Dauer: 7 Minuten

Situation: Beim virtuellen Saugen der Acrylplatte C gelangt Luft in das Modell. Der geforderte Unterdruck wird nicht erreicht.

Zeit	SIM_VakuumEin	SIM_U_Betrag	SIM_Fehler
100 ms	1	0 kPa	0
300 ms	1	12 kPa	0
400 ms	1	17 kPa	0
500 ms	1	19 kPa	0
600 ms	1	20 kPa	1

Diagnoseauftrag: Entscheide, ob die Modellsteuerung den Transfer starten darf. Nenne zwei mögliche Ursachen des Fehlerbilds.

Begründetes Feedback: Nein. Nach Ablauf der Modellfrist fehlen die geforderten 45 kPa und der Greifnachweis. Mögliche Ursachen sind eine undichte Kontaktfläche, eine falsche Saugerposition oder ein Fehler im simulierten Vakuumkreis. SIM_Transfer bleibt gesperrt.

Wichtig: Ein geringer Unterdruck beweist nicht eindeutig, welche Komponente defekt ist. Die Diagnose muss Hypothesen unterscheiden.

Zweiter Fehlerfall: Geschlossene Backen, fehlendes Werkstück

Ein 3D-gedruckter Greifer mit fehlerhaften Zahnflanken als Anlass zur konstruktiven Fehleranalyse.

Situation: Bei B melden die Greiferbacken ihre geschlossene Stellung. Das virtuelle Werkstück liegt aber weiterhin auf der Zuführung.

Diagnosefrage: Ist das Schließsignal ein ausreichender Greifnachweis?

Feedback: Nein. Eine Endlagenmeldung beschreibt die Position der Backen, nicht zwingend die Anwesenheit oder sichere Halterung des Werkstücks. Das Modell benötigt eine geeignete zusätzliche Prüfung.

Gestufte Diagnosehilfen

Hilfe 1 – Beobachten

Vergleiche im Signalverlauf Sollwert, Istwert und Zeit.

Hilfe 2 – Ursachen eingrenzen

Bei zu geringem Unterdruck denke an eine undichte Fläche, falsche Saugerlage oder einen Fehler des simulierten Vakuumerzeugers. Bei mechanischen Greifern unterscheide Backenstellung und tatsächlichen Werkstückkontakt.

Hilfe 3 – Diagnoseentscheidung

Verhindere den nächsten virtuellen Transfer. Dokumentiere die auffälligen Signale, formuliere eine Ursache und vergleiche einen störungsfreien mit einem gestörten Simulationslauf.

Steuerungsaufgabe: Zustandswechsel beurteilen

Ausgangslage: SIM_TeilDa = 1, SIM_AmGreifpunkt = 1, SIM_VakuumEin = 1 und SIM_GriffOK = 0.

Entscheide: Welcher virtuelle Zustand ist als Nächstes zulässig?

Musterfeedback: Der Ablauf bleibt bei der Greifprüfung. Eine fehlende Bestätigung darf nicht durch das reine Einschalten des Saugers ersetzt werden. Nach Überschreiten der Modellfrist folgt der Fehlerzustand.

Transferimpuls: Erkläre, warum dieselbe Grundlogik auch bei einem mechanischen Greifer sinnvoll ist, obwohl dort andere Sensoren verwendet werden.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

1. Was kennzeichnet einen formschlüssigen Griff? (Die Werkstückkontur verhindert eine Bewegung in der betrachteten Lastrichtung) (!Das Werkstück wird immer durch Unterdruck gehalten) (!Es wirken grundsätzlich keine Kräfte) (!Die Backen müssen immer weich sein)

2. Wovon hängt die verfügbare Haftreibung beim Backengriff wesentlich ab? (Von Reibwert und Normalkraft) (!Nur von der Werkstückfarbe) (!Nur von der Roboterreichweite) (!Nur von der Länge der Förderstrecke)

3. Welche Oberfläche ist für einen einfachen Vakuumsauger besonders günstig? (Eine glatte und luftdichte Oberfläche) (!Eine stark poröse Oberfläche) (!Eine stark verschmutzte Oberfläche) (!Eine Oberfläche mit vielen offenen Bohrungen)

4. Welches Greifprinzip bietet sich bei einem zugänglichen Werkstückkragen besonders an? (Formschluss durch Hintergreifen) (!Vakuum ohne Dichtfläche) (!Reibschluss ohne Kontakt) (!Magnetisches Halten jedes Kunststoffs)

5. Welche Aussage über einen Parallelgreifer ist richtig? (Er kann je nach Greiffingergeometrie kraftschlüssig oder formschlüssig greifen) (!Er arbeitet immer mit Vakuum) (!Er benötigt grundsätzlich keine Sensorik) (!Er kann nur ferromagnetische Werkstücke greifen)

6. Was bedeutet ein geschlossenes Backensignal? (Eine Backenstellung wurde erkannt) (!Das Werkstück ist sicher gehalten) (!Jede mögliche Kollision wurde ausgeschlossen) (!Die reale Roboterzelle wurde freigegeben)

7. Wann darf die virtuelle Ablaufsteuerung den Greifzustand verlassen? (Wenn die vorgesehenen Modellbedingungen plausibel bestätigt sind) (!Sobald eine beliebige Zeit vergangen ist) (!Immer unmittelbar nach dem Greifkommando) (!Auch bei widersprüchlichen Rückmeldungen)

8. Was folgt im Fehlerfall bei zu geringem Unterdruck nach Ablauf der Modellfrist? (Der virtuelle Transfer bleibt gesperrt und eine Diagnose wird eingeleitet) (!Die virtuelle Prüfung wird übersprungen) (!Der Grenzwert wird ohne Begründung ignoriert) (!Das fehlende Signal wird als Erfolg bewertet)

9. Warum müssen Beschleunigungen bei der Greiferauswahl berücksichtigt werden? (Weil sie zusätzliche Kräfte auf das gehaltene Werkstück erzeugen können) (!Weil sie die Werkstückfarbe ändern) (!Weil sie jeden Formschluss aufheben) (!Weil sie keinen Einfluss auf die Belastung haben)

10. Was darf aus einer erfolgreichen Robotersimulation abgeleitet werden? (Eine Aussage über das untersuchte Modell unter seinen Annahmen) (!Eine automatische Sicherheitsfreigabe der realen Anlage) (!Der vollständige Nachweis aller realen Gefährdungen) (!Die Erlaubnis zum ungeprüften Übertragen von Fahrbefehlen)

Begründetes Quizfeedback

Lösungsbegründungen anzeigen

Frage	Warum ist die erste Antwort richtig?
1	Beim Formschluss übernimmt die Gegenkontur die geometrische Sicherung.
2	Die übertragbare Haftreibung hängt von Reibwert und Normalkraft ab.
3	Eine glatte und luftdichte Fläche erleichtert die Abdichtung.
4	Ein zugänglicher Kragen kann eine geeignete Hintergreifkontur bilden.
5	Die konkrete Kontaktgeometrie bestimmt das Wirkprinzip.
6	Eine Endlage ersetzt keinen Werkstücknachweis.
7	Ohne plausiblen Greifnachweis bleibt der Zustandswechsel gesperrt.
8	Fehlender Unterdruck verhindert die Bestätigung des Modellgriffs.
9	Beschleunigung verändert die Kräfte während des Handhabungsvorgangs.
10	Ein Simulationsmodell kann reale Gefährdungsbeurteilung und Validierung nicht ersetzen.

Memory

Finde die passenden Begriffspaare.

Formschluss	Geometrisches Hintergreifen
Kraftschluss	Halten durch Reibung
Vakuumgreifen	Druckdifferenz am Sauger
Leckage	Unerwünschtes Nachströmen von Luft
Greifnachweis	Bestätigung des Werkstückhalts im Modell
Zeitüberwachung	Erkennen einer ausbleibenden Rückmeldung
Parallelgreifer	Geführte Bewegung gegenüberliegender Backen

Drag and Drop

Ordne jedem Werkstückmerkmal oder Signal die passende Bedeutung zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Hintergreifkontur	Formschlüssiges Halten
Reibkontakt	Kraftschlüssiges Halten
Dichtfläche	Ansaugen mit Unterdruck
Leckage	Ungewollter Lufteintritt
Greifbestätigung	Plausibilisierter Werkstückhalt
Zeitüberschreitung	Ausbleibender Sollzustand
Fehlerzustand	Gesperrter virtueller Folgeablauf

Kreuzworträtsel

Greifer	Wie heißt das Werkzeug am Roboter, das Werkstücke aufnimmt?
Formschluss	Welches Halteprinzip nutzt die passende Geometrie?
Kraftschluss	Welches Prinzip nutzt beim Backengriff die Reibung?
Vakuum	Wie heißt ein Druckzustand unterhalb des Umgebungsdrucks?
Leckage	Wie nennt man einen unerwünschten Lufteintritt in ein Vakuumsystem?
Sensor	Welches Bauteil kann einen physikalischen Zustand erfassen?

LearningApps

Weitere interaktive Übungen suchen:

Dies ist eine thematische Suche, keine bereits fachlich geprüfte einzelne LearningApp. Kontrolliere die Ergebnisse auf fachliche Richtigkeit und geeignete Nutzungsbedingungen.

Lückentext

Ein Roboter nimmt Werkstücke mit einem

auf.

Beim

wird die Bewegung durch eine passende Kontur eingeschränkt.

Ein reibschlüssiger Griff benötigt ausreichend

.

Zwischen Greifbacken und Werkstück wirkt die

.

Ein Sauggreifer verwendet eine

.

Auf einer luftdurchlässigen Oberfläche können

entstehen.

Der mechanische Greifer kann mit geeigneten Sensoren seine

melden.

Diese Meldung beweist allein keinen tatsächlichen

.

Für die Überwachung werden virtuelle

ausgewertet.

Bei fehlender Bestätigung verhindert eine Ablaufsteuerung den nächsten

.

Eine Fehlerursache soll anhand des Signalverlaufs

werden.

Ein virtuelles Anlagenmodell wird in einem

untersucht.

Ergebnisse einer Simulation ersetzen keine reale

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben in der angegebenen Reihenfolge. Sämtliche Robotikaufgaben bleiben in der Offline-Simulation oder auf dem Papier.

Leicht – Basisaufgaben

Werkstückanalyse: Fertige eine kleine Zeichnung der Werkstücke A, B und C an. Markiere jeweils den möglichen Kontaktbereich des Greifers.
Formschluss und Kraftschluss: Erstelle zwei beschriftete Skizzen, die den Unterschied der Lastübertragung zeigen.
Vakuumtechnik: Erstelle eine Bildkarte mit den drei Begriffen Sauger, Dichtfläche und Leckage.
Greiferauswahl: Ordne den Werkstücken A, B und C geeignete Greifprinzipien zu und nenne jeweils einen Vorteil und eine Grenze.

Standard – Anwendungsaufgaben

Auswahlmatrix: Bewerte für den Aluminiumquader zwei unterschiedliche Greifbacken unter den Kriterien Oberfläche, Reibung und Werkstückschutz.
Signaldiagramm: Zeichne den störungsfreien Verlauf von SIM_VakuumEin, SIM_GriffOK und SIM_Fehler.
Fehlerdiagnose: Analysiere die Leckage-Tabelle und verfasse ein kurzes virtuelles Diagnoseprotokoll mit Ursache, Beobachtung und Modellreaktion.
Virtuelle Inbetriebnahme: Baue im Simulator oder als Zustandsdiagramm eine einfache Greifsequenz nach. Prüfe den Ablauf einmal mit und einmal ohne bestätigten Griff. Eine Hardwareverbindung ist ausgeschlossen.

Schwer – Transferaufgaben

Greiferkonzept: Ändere die Acrylplatte C zu einem rauen oder porösen Werkstück. Entwickle ein alternatives Handhabungskonzept und begründe Deine Auswahl.
Robuste Steuerung: Entwirf eine virtuelle Diagnose mit mindestens drei Fehlerfällen und unterschiedlichen Reaktionen. Unterscheide fehlende Werkstücke, fehlenden Greifnachweis und eine widersprüchliche Sensormeldung.
Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit: Vergleiche mechanische Greifer und Vakuumgreifer im Ausbildungsfall anhand von Flexibilität, Energiebedarf, Wartung und möglicher Fehlerdiagnose.
Lernvideo: Produziere ein zweiminütiges Erklärvideo mit Screenshots aus einer Offline-Simulation. Zeige die Werkstückwahl, einen Signalverlauf, einen Fehlerfall und erkläre ausdrücklich die Grenze zwischen Simulation und realer Sicherheit. Keine reale Roboterbewegung filmen oder auslösen.

Gestufte Hilfen und Feedback zu den offenen Aufgaben

Hilfen für die Basisaufgaben

Hilfe 1: Schau zuerst auf die Form und Oberfläche des Werkstücks.

Hilfe 2: Suche nach Kragen, parallelen Seitenflächen und dichten Oberflächen.

Hilfe 3: Vergleiche Deine Begründung mit der Auswahlmatrix des Ausbildungsfalls.

Hilfen für die Anwendungsaufgaben

Hilfe 1: Lege fest, welche Signale beobachtet werden.

Hilfe 2: Prüfe die Reihenfolge aus Greifanforderung, Rückmeldung und Freigabe des Folgeablaufs.

Hilfe 3: Vergleiche den störungsfreien und den gestörten Signalverlauf. Die Fehlerreaktion muss im Modell nachvollziehbar sein.

Hilfen für die Transferaufgaben

Hilfe 1: Ändere nur eine Werkstückeigenschaft oder Fehlerbedingung.

Hilfe 2: Untersuche die Auswirkungen auf Greifprinzip, Sensorik und Ablaufsteuerung.

Hilfe 3: Begründe ein angepasstes Konzept und benenne ausdrücklich seine ungeprüften Annahmen.

Begründetes Feedback: Prüfe Deine Ergebnisse

Aufgabe	Kriterium für eine gute Lösung
1	Der Kontaktbereich liegt an einer tatsächlich erreichbaren Greiffläche.
2	Die Skizze unterscheidet geometrische Abstützung von reibungsabhängiger Lastübertragung.
3	Die Karte zeigt, dass fehlende Abdichtung den Unterdruck beeinträchtigen kann.
4	Die Auswahl berücksichtigt sowohl Eignung als auch Grenzen.
5	Eine größere angenommene Reibung ersetzt nicht die Prüfung möglicher Werkstückschäden.
6	Die Griffbestätigung erfolgt erst nach der vorgesehenen virtuellen Prüfung.
7	Diagnose und Reaktion folgen aus den Messwerten, nicht aus einer bloßen Vermutung.
8	Ohne gültigen Greifnachweis startet kein virtueller Transfer.
9	Eine veränderte Oberfläche erfordert eine erneute Greiferbewertung.
10	Unterschiedliche Fehlerursachen werden anhand überprüfbarer Modellmerkmale getrennt.
11	Die Bewertung verwendet nachvollziehbare Kriterien statt einer pauschalen Bestenliste.
12	Das Video zeigt die technischen Entscheidungen und ihre Grenzen ohne reale Fahrbefehle.

Lernkontrolle

Bearbeite mindestens fünf Aufgaben. Im Mittelpunkt stehen technische Zusammenhänge und die Übertragung auf neue Situationen.

Technologiewechsel: Ein bisher glatter Kunststoffdeckel erhält eine strukturierte, luftdurchlässige Oberfläche. Erkläre, wie sich die Greiferauswahl verändert und welche zusätzlichen Informationen Du benötigst.
Signaldiagnose: Ein virtueller Greifer meldet eine Endlage, während der modellierte Werkstücksensor kein Bauteil erkennt. Entwickle zwei mögliche Erklärungen und beschreibe, wie Du sie ohne reale Anlage unterscheiden kannst.
Fehlerfolgenanalyse: Bei einer Vakuumsimulation fällt der Unterdruck während des modellierten Transports unter den Trainingsgrenzwert. Begründe, weshalb eine fortgesetzte Bewegung im Modell nicht als erfolgreicher Handhabungszyklus bewertet werden darf.
Systemvergleich: Stelle zwei Greifkonzepte für den Aluminiumquader gegenüber. Beziehe Krafteinleitung, Oberfläche, Sensorik, Energiebedarf und mögliche Störungen ein.
Sicherheit und Simulation: Ein Kollege behauptet, eine kollisionsfreie Simulation erlaube den Betrieb einer echten Roboterzelle. Widerlege die Aussage mit einer Unterscheidung zwischen Modellprüfung, Gefährdungsbeurteilung und Validierung der realen Anlage.
Qualitätssicherung: Entwickle drei virtuelle Testfälle, die Fehler in der Greifsequenz nachweisen sollen. Gib für jeden Test Eingangsbedingung, erwartete Reaktion und Bewertungskriterium an.

Bewertungshinweis: Besonders wichtig sind nachvollziehbare Ursache-Wirkungs-Ketten, alternative Erklärungen, begründete Entscheidungen und das Erkennen von Modellgrenzen.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis erstellst Du ein kurzes digitales Portfolio oder eine schriftliche Dokumentation.

Dein Portfolio enthält:

Eine begründete Greiferwahl für A, B und C.
Eine Skizze mit den wichtigsten Kontakt- beziehungsweise Dichtflächen.
Eine Auswahlmatrix mit mindestens vier Prüfkriterien.
Ein virtuelles Zustandsdiagramm oder eine gleichwertige Ablaufbeschreibung.
Zwei Signalverläufe: störungsfrei und gestört.
Eine Fehlerdiagnose mit Ursache, Beobachtung und Modellreaktion.
Eine kurze Reflexion über die Grenzen der Simulation.
Eine ausdrückliche Aussage, dass keine reale Sicherheitsfreigabe erfolgt ist.

Bewertungsraster

Kriterium	Punkte
Greiferwahl technisch begründet	0–2
Modelle und Signale nachvollziehbar	0–2
Fehlerdiagnose schlüssig	0–2
Transfer auf veränderte Werkstücke gelungen	0–2
Grenzen und Sicherheit korrekt dargestellt	0–2
Gesamt	10

Orientierung: 9–10 Punkte = sehr gut begründet; 7–8 Punkte = weitgehend sicher; 5–6 Punkte = mit Lücken; darunter = wesentliche Zusammenhänge nochmals bearbeiten.

Für den Lernnachweis werden keine realen Fahrbefehle, Maschinenprogramme für den Produktivbetrieb oder Sicherheitsfreigaben verlangt.

OERs zum Thema

Wikipedia: Industrieroboter

Weiterführende freie Informationsquellen:

Industrieroboter – Wikipedia: Aufbau, Steuerung und industrielle Anwendung.
CoppeliaSim: Softwareinformationen und Lizenzbedingungen für den Simulator.
CoppeliaSim User Manual: frei zugängliche Dokumentation zur Simulation.
ABB RobotStudio Tutorials: Lernmaterial des Herstellers für virtuelle Anlagen.
Schmalz: Vakuum und mechanische Klemmung: Video einer kombinierten Greiflösung.

Hinweis: Frei zugängliche Herstellerinformationen sind nicht automatisch offen lizenzierte OER. Prüfe vor jeder Weiterverwendung die jeweiligen Nutzungsrechte.

Fachquellen und Medienrechte

Fachlich geprüfte Quellen

Quelle	Verwendeter Fachaspekt
SCHUNK – Centric Grippers	Unterschiede zwischen formschlüssiger und reibschlüssiger Werkstückaufnahme; Herstellerangaben zur Greiferauswahl
Festo – Grippers	Mechanische Greifertypen und parallele Greifbacken
Schmalz – Theoretical Holding Force	Druckdifferenz, wirksame Fläche, Lastfälle, Reibwerte und Sicherheitsfaktoren
Festo Didactic – Pick and Place Module	Ausbildungsgerechte Handhabung, Sensorik und pneumatische Komponenten
ISO 10218-2:2025	Sicherheitsanforderungen für industrielle Roboteranwendungen und Roboterzellen
ISO 10218-1:2025	Sicherheitsanforderungen an Industrieroboter

Stand der Quellenprüfung: Oktober 2026.

Die technischen Beispiele und Signalgrenzen des Kurses sind didaktische Modellannahmen. Die Normverweise dienen der fachlichen Einordnung, nicht als vollständige Normwiedergabe oder Sicherheitsnachweis.

Bildnachweise und Lizenzen

Die verwendeten Wikimedia-Commons-Dateien wurden hinsichtlich Dateiexistenz, Urhebernennung und Lizenzangabe geprüft. Die Bilder wurden hier nicht verändert.

IMAG0582.jpg – Rajandatta; CC BY-SA 3.0.
Robot sise tutucu Gripper.jpg – Hüseyin ASAN; CC BY-SA 4.0.
Baxter robot's gripper.JPG – Gustavo A. Casañ; CC BY-SA 4.0.
Blue Grass – suction gripper – PEO ACWA; CC BY 2.0.
3D printed robotic gripper.jpg – Simiprof; CC0 1.0.

Lizenzlinks: CC BY-SA 3.0 · CC BY-SA 4.0 · CC BY 2.0 · CC0 1.0

Videonachweise:

Festo HGPL Parallel Pneumatic Gripper Walk Through – Sebastian Balos Tech Talk, 2022.
ABB RobotStudio – Industrial Palletizing Robot – Maurilio E. Patiño Pérez, 2022.
How to Pick And Place in RobotStudio Part01 – MSMTECH, 2025.

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