Benutzerspezifische Werkzeuge

Roboter

Roboter führen wiederkehrende Arbeitsoperationen mit hoher Präzision aus. Stationäre Industrieroboter sind frei programmierbare Bewegungsautomaten, die mit Hilfe von Greifern oder Werkzeugen Handhabungs- und Fertigungsaufgaben ausführen können. Mobile Roboter sind in der Lage, sich in der Umgebung zu bewegen.

Industrieroboter

Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei (d. h. ohne mechanischen Eingriff) programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder andere Fertigungsaufgaben ausführen [VDI2860]. Die Roboterprogrammierung legt diese Abläufe fest; sie gliedert sich in zwei Arten:

  • Online-Programmierung: Dieses Verfahren wird auch als prozessnahe oder prozessgekoppelte Programmierung bezeichnet. Sie wird am realen Roboter vorgenommen. Die Erstellung der Programme erfolgt in der Regel über ein Programmierhandgerät im Teach-In oder Playback Verfahren. Beim Teach-In-Verfahren wird der Roboter vom Bediener mit Hilfe des Programmierhandgerätes in die gewünschte Position gefahren. Die angefahrenen Punkte (Koordinaten) werden in der Steuerung gespeichert. Der gesamte Arbeitsablauf des Roboters wird einmal durchlaufen. Später im Betrieb fährt der Roboter die gespeicherten Punkte selbstständig an. Für die Bewegungen zwischen den Punkten werden in der Steuerung Parameter wie Geschwindigkeit oder Beschleunigung angegeben. Führt der Programmierer den Roboter über Handgriffe entlang einer später nachzufahrenden Bahn wird vom Playback-Verfahren gesprochen. Die Steuerung speichert dabei alle für die Wiedergabe (Playback) dieser Bewegung notwendigen Daten selbstständig. Alternativ kann der Programmierer auch ein kinematisches Ersatzmodell des Roboters führen, dessen Bewegung über ein Wegmesssystem an den Roboter übertragen wird. Der Vorteil liegt in der leichteren Handhabbarkeit des Modells; Nachteile ergeben sich durch die höheren Kosten und die Korrektur der Differenzen zwischen Modell und Roboter.
  • Offline-Programmierung: Diese findet prozessentkoppelt statt. Die Steuerungsanweisungen des Roboters werden an einem separaten Roboterprogrammiersystem erstellt, was den Vorteil hat, dass der Roboter für die Programmierung nicht benötigt wird. Zu den Verfahren der Offline-Programmierung zählen die textbasierte und die CAD-basierte Programmierung. Bei der textbasierten Programmierung schreibt der Programmierer die Ablaufanweisungen direkt in der Steuerungssprache des Roboters oder in einer Meta-Sprache. Es handelt sich um aufgabenorientierte Programmiersprachen, in denen der Arbeitsauftrag beschrieben wird. Das Programmiersystem setzt ihn automatisch in für den Roboter verständliche Basisaktionen um. CAD-basierte Verfahren ermöglichen eine Modellierung und Simulation der gesamten Roboterzelle. Dafür notwendige Robotertypen unterschiedlicher Hersteller und Komponenten der Roboterperipherie (z.B. Materialflusssysteme, Sicherheitssysteme, Schaltschränke) werden Bibliotheken entnommen und in einem 3D-Modell der Zelle abgebildet. Anschließend werden die Kinematik des Roboters und seine Bewegungen festgelegt. Das Kinematikmodell beschreibt die Anzahl und die Kopplungen der Gelenke. Die abschließende Simulation ermöglicht vielfältige Analysen beispielsweise des Arbeitsraums, der Zykluszeiten oder Kollisionsbetrachtungen. Alternative Zellenlayouts lassen sich leicht erstellen und mit Hilfe der Simulation bewerten. Durch die frühe digitale Absicherung des Fertigungsprozesses lassen sich zeit- und kostenaufwändige Änderungen vermeiden.

In der Praxis hat sich eine Kombination aus Online- und Offline-Verfahren etabliert. Da die Umgebung in der Werkhalle im Allgemeinen von dem geplanten und modellierten Idealzustand abweicht [Kief, Roschiwal 2013; Weck 2006].

Mobile Roboter

Mobile Roboter sind in der Lage, sich in ihrer Umgebung zu bewegen und so ihren Standort zu verändern. Sie werden häufig für Aufgaben eingesetzt, bei denen die Umgebung für Menschen unzugänglich oder gefährlich ist [Nehmzow 2002]. Ein autonomer mobiler Roboter kann sich außerdem an Veränderungen in seiner Umgebung anpassen, aus Erfahrung lernen und sein Verhalten dementsprechend ändern. Er kann ein internes Weltbild entwickeln und dieses für Inferenzprozesse sowie Navigationsplanung verwenden [Nehmzow 2002].

Literatur

Weck, Manfred: Werkzeugmaschinen 4, Automatisierung von Maschinen und Anlagen. Berlin : Springer Verlag, 2006.

Kief, Hans B.; Roschiwal, Helmut A.: NC/CNC Handbuch 2013/2014 – CNC, DNC, CAD, CAM, CIM, FFS, SPS, RPD, LAN, CNC-Maschinen, CNC-Roboter, Antriebe, Simulation, Fachwortverzeichnis. München : Carl Hanser Verlag, 2013.

VDI-Richtlinie 2860, Blatt1: Handhabungsfunktionen. Berlin : Beuth-Verlag, 1990.

Nehmzow, Ulrich: Mobile Robotik: Eine praktische Einführung. Berlin : Springer-Verlag, 2002.

 

Autor


 Gausemeier

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn, Fürstenallee 11, D-33102 Paderborn

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Zuletzt bearbeitet: 19.08.2014 17:08
Letzter Abruf: 19.01.2017 01:04
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