7 minRobotikVeröffentlicht am 4. Juli 2022

YuMi® von ABB: Idealer Studien-Partner für automatisiertes Recycling

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Die mit internationalen Preisen ausgezeichnete Studie RUEI_01 zeigt, wie man komplexe Produkte recyclebar machen kann. Durchgeführt wurde sie mit dem kollaborativen ABB-Roboter Single-arm YuMi. Dank seiner einfachen Bedienbarkeit, für die keine Programmierkenntnisse notwendig sind, kann er die Robotik für Forschende der unterschiedlichsten Fachrichtungen zugänglich machen.

Seit einiger Zeit gibt es eine Reihe von Ansätzen, die ein effektives Recycling verschiedenster Artikel ermöglichen sollen. Allerdings befinden sich die meisten davon noch in der Erprobungsphase. Denn in vielen Produkten sind sehr unterschiedliche Werkstoffe ineinander verarbeitet, sodass sie sich nur sehr schwer wieder voneinander trennen lassen. Und so gehen beträchtliche Mengen wertvoller, wiederverwertbarer Materialien verloren, während die Müllberge weiterwachsen.

Ein Dilemma, für das der Brite Maxwell Ashford nun eine vielversprechende Lösung gefunden hat: Anstatt sich auf die Entsorgungsphase zu konzentrieren, setzt der Student an der École Cantonale d’Art de Lausanne (ECAL) – einer Hochschule für Kunst und Design in Renens in der Schweiz – schon bei der Produktentwicklung an. Denn hier lassen sich die Voraussetzungen für eine einfache Trennung der Materialen schaffen.

Der Turnschuh: Ein Härtefall fürs Recycling

Sportschuhe bestehen aus verschiedensten Kunstoffen und Textilien, die auch noch miteinander verklebt sind. Das macht ein automatisiertes Recycling bislang unmöglich.

Genau aus diesem Grund hat sich Maxwell für dieses Produkt entschieden. Und in seiner Studie „RUEI_01“ (Robotic Unmanufacturing Embedded Information) ein Konzept entwickelt, das diese Herausforderung meistern kann.

Um zu zeigen, was man erreichen kann, wenn man die Recyclingfähigkeit von Anfang an in ein Produkt einbaut, habe ich ein Produkt gewählt, das traditionell schwer zu recyceln ist: den Turnschuh.

Maxwell Ahsford, Student an der École Cantonale d'Art de Lausanne (ECAL)

Studie im Einklang mit der Nachhaltigkeitsstrategie von ABB

Um die Umsetzbarkeit des Konzepts zu demonstrieren, wandte sich Maxwell an ABB-Produktmanager Benoit Gerber und fragte, ob ihn das Unternehmen unterstützen und einen Roboter zur Umsetzung seiner Idee bereitstellen könne.

ABB stellt bereits viele Schulen, Hochschulen und Universitäten Ausrüstung und Experten-Know-how zur Verfügung, um Studierende in der robotergestützten Automatisierung zu unterrichten. Daher war das Unternehmen aufgeschlossen – und ließ sich am Ende vor allem vom Nachhaltigkeitsaspekt des Projekts überzeugen. Daher stattete ABB Maxwell mit einem kollaborativen YuMi-Roboter und der dazugehörigen Software aus.

Wir möchten den Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmern von morgen zeigen, dass Robotik eine wichtige Rolle bei der Transformation der Produktion spielen kann, und ihnen die Fähigkeiten und Fachwissen vermitteln, das sie benötigen, um an den Arbeitsplätzen von morgen erfolgreich zu sein. Mit seinem Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit passt das Projekt von Maxwell auch zu unserem Ziel: Wir wollen Fertigungsunternehmen dabei helfen, Technologien so einzusetzen, dass sie sowohl ihre Produktionsprozesse als auch ihre Produkte nachhaltiger gestalten können.

Benoit Gerber, Produktmanager bei ABB Robotics

Erfolgsfaktoren fürs Recycling: Integration von Sollbruchstellen und ein digitaler Demontageplan

Die große Innovation in Maxwell Ashfords Konzept ist zunächst die Idee, bei der Produktentwicklung schon auf eine einfache Trennbarkeit der Materialen zu achten. Denn wenn man diesen Aspekt mitdenkt, kann man „Sollbruchstellen“ einarbeiten, an denen sich die verschiedenen Materialen einfach voneinander trennen lassen.

Daher entwickelte Maxwell seinen Sportschuh aus einem abnehmbaren Oberteil, das durch eine Reihe von Kordeln mit einer 3D-gedruckten Sohle verbunden ist. Durch das Kappen der Verschnürung lassen sich die Hauptbestandteile so schnell und einfach wieder voneinander trennen.

Maxwells Turnschuh: Ober- & Unterteil sind nur durch die grünen Kordeln miteinander verbunden. Dementsprechend einfach lässt er sich demontieren & recyceln.

Dafür muss der Recyclingroboter aber wissen, wo diese „Sollbruchstelle“ liegt und wie er sie bearbeiten muss. Daher hat Maxwell eine weitere Innovation in seinen Projektschuh eingearbeitet: Ein QR-Code auf der Zunge enthält alle Anweisungen für die Demontage.

Der QR-Code auf der Zunge teilt dem Roboter mit, wie er Maxwells Turnschuh recyceln soll.

Single-arm YuMi von ABB: Ein idealer Studien-Partner

Für die Demontage des Schuhs ist der einarmige YuMi mit verschiedenen Werkzeugen ausgestattet. Darunter ist ein spezieller Greifer, um den Schuh anzuheben und den QR-Code zu scannen. Außerdem verfügt YuMi über ein Schneidewerkzeug zum Durchtrennen der Kordeln. Mit seiner kompakten Bauweise und einer Traglast von bis zu 0,5 kg eignet sich der Roboter ideal für die Handhabung der leichten Materialien. Darüber hinaus hat YuMi eine umfangreiche Sicherheitsausstattung. Der gepolsterte Roboterarm und die Not-Aus-Funktion, die den Cobot innerhalb von Millisekunden zum Stillstand bringt, machen Schutzmaßnahmen wie eine Umhausung überflüssig. Ein ideales Lernwerkzeug also, das sicher in einer Lehreinrichtung eingesetzt werden kann.

Keine Programmierkenntnisse nötig

Der größte Vorteil von Single-arm YuMi ist aber seine einfache Bedienbarkeit, die ihn gerade für „Roboter-Neulinge“ zugänglich macht. Per „Lead-Through-Programmierung“ kann man ihm Arbeitsschritte beibringen, indem man seinen Arm einfach von Hand durch den entsprechenden Bewegungsablauf führt. Daneben lässt sich YuMi auch mit der Software Wizard Easy Programming von ABB programmieren. Darin lassen sich einzelne Befehle als grafische Blöcke ganz einfach per Drag-and-Drop zu einem Programm kombinieren. Durch diese intuitive Steuerung können auch Forschende ohne Programmierkenntnisse mit Robotern arbeiten.

Um zu testen, ob seine Lösung funktioniert, griff Maxwell darüber hinaus auch noch auf das Offline-Programmiertool RobotStudio von ABB zurück. Mit RobotStudio lassen sich virtuelle Nachbildungen kompletter Roboterinstallationen erstellen. So kann man erst einmal virtuell testen, ob die Einstellungen später auch in der Realität funktionieren.

Die Software Wizard Easy Programming von ABB war für einen Erstanwender wie mich, der noch nie einen Roboter programmiert hat, eine große Hilfe. Anstatt den Programmiercode lernen zu müssen, konnte ich den Roboter programmieren, indem ich die entsprechenden Befehlsblöcke per Drag-and-Drop an die richtige Stelle zog. Die Software RobotStudio von ABB war auch bei der Erstellung des endgültigen Programms zur Anweisung des Roboters sehr hilfreich. Mit Hilfe von Benoit Gerber von ABB und durch die zahlreichen YouTube-Tutorials, die für Single-arm YuMi und RobotStudio zur Verfügung stehen, konnte ich lernen, wie man die Software verwendet, um die Leistung des Roboters zu maximieren und sicherzustellen, dass er den Schuh auf die richtige Weise zerlegt.

Maxwell Ashford, der die Studie „RUEI_01“ konzipiert und durchgeführt hat.

RUEI_01: Ein voller Erfolg!

Ganz ohne Programmierkenntnisse hat Maxwell Ashford den Cobot YuMi schließlich so eingestellt, dass er zunächst den QR-Code mit den Demontageanweisungen scannt – und sie danach Schritt für Schritt umsetzt. Dafür durchtrennt er die Kordeln, die Ober- und Unterteil zusammenhalten, mit seinem Schneidewerkzeug. Danach entfernt der Roboter mit seinem Greifer systematisch den Schaft und andere Teile, bis nur noch die Sohle übrig ist. Jedes entfernte Teil legt er dabei in eine dafür vorgesehene Box, damit es später wiederverwendet werden kann.

Das enorme Potenzial dieses Konzepts hat sich bereits herumgesprochen. RUEI_01 wurde nicht nur mit dem BCV-Award der ECAL und dem Eyes on Talent Award ausgezeichnet, sondern erreichte auch den zweiten Platz beim renommierten James Dyson Award, einem internationalen Designwettbewerb für der die nächste Generation an Design-Ingenieurinnen und -Ingenieuren. Darüber hinaus wurde Maxwell Ashford als Redner zur Dutch Design Week 2021 eingeladen. Dort erläuterte er, wie sein Konzept dazu beitragen kann, die Zukunft der Fertigung zu gestalten.

Langfristig wünscht sich Maxwell, dass seine Idee in die Herstellungsprozesse der weltweit führenden Sportschuhmarken einfließt.

Jedes Jahr werden weltweit 23 Milliarden Paar Schuhe hergestellt, von denen im gleichen Zeitraum etwa 300 Millionen weggeworfen werden. Ideen wie das RUEI_01-Konzept könnten einen signifikanten Beitrag zur Verringerung der Abfallmenge leisten. Hersteller produzieren nachhaltiger und können ihren Vorrat an hochwertigem Material für die Herstellung künftiger Produkte wiederverwenden.

Maxwell Ashford, Zweitplatzierter beim James Dyson-Award

Studierende lehren, einen nachhaltigen Unterschied zu machen

Das Projekt RUEI_01 ist nur eines von vielen Beispielen, das Studierenden das große Potenzial der robotergestützten Automatisierung näherbringt. Anwendungsbeispiele reichen vom Engineerig über die Fertigung bis hin zu bei Architektur und Produktdesign.