Grundlagen und Anwendungen von Industrierobotern

Industrieroboter: Definition und Merkmale

Ein Industrieroboter ist ein lagegeregelter, umprogrammierbarer Mehrzweck-Manipulator mit verschiedenen Freiheitsgraden. Er ist fähig, Materialien, Werkzeuge und spezialisierte Geräte durch verschiedene Bewegungen und programmierte Aufgaben zu handhaben und eine Vielzahl von Aufgaben umzusetzen. Seine Hauptanwendung umfasst anthropomorphe, menschenähnliche Bewegungen und andere Merkmale wie die Reaktion auf sensorische Eingaben, die Kommunikation mit anderen Maschinen und das Treffen von Entscheidungen.

Anwendungen von Industrierobotern

• Materialhandling und -management
• Verarbeitungsvorgänge
• Montage
• Prüfung

Klassifizierung von Industrierobotern

Nach Anzahl der Achsen oder Freiheitsgrade

Zur Definition der Positionierung eines verformbaren Körpers im Raum sind sechs unabhängige Parameter notwendig: drei Translationen und drei Rotationen.

Nach Art der Steuerung

• Manuelle Hilfsmotor-Handler
• Teleskoplader
• Pre-Handler mit einstellbaren Zyklen und Ablaufsteuerung
• Automatische programmierbare Zyklen-Manipulatoren oder Industrieroboter
• Intelligente Roboter

Koordinatensysteme

• Kartesisch
• Zylindrisch
• Sphärisch (oder Polar)
• Anthropomorph (oder Gelenkarm)
• SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

SCARA-Architektur

Die SCARA-Architektur (Selective Compliance Assembly Robot Arm) bewegt sich frei in einer horizontalen XY-Ebene durch ihre ersten beiden Drehgelenke mit paralleler vertikaler Achse. Sie verfügt über eine vertikale Bewegung entlang der Z-Achse und eine zusätzliche Drehung um die Z-Achse.

Roboter-Morphologie

1. Mechanik

• Glieder (Links)
• Gelenke
• Freiheitsgrade

2. Getriebe (Transmissionen)

Zur Minimierung des Trägheitsmoments ist es wünschenswert, dass die Aktoren (Motoren) möglichst nah an der Basis des Roboters positioniert sind.

3. Antriebssystem

• Pneumatisch
• Hydraulisch
• Elektrisch

4. Sensorisches System

5. Steuerungssystem

Bezieht sich auf die kinematischen und dynamischen Fähigkeiten sowie die Programmierung des Roboters.

6. Endeffektoren (Terminale Elemente)

Sie sind für die direkte Interaktion mit der Umgebung des Roboters verantwortlich. Dies können sowohl Greifer als auch Werkzeuge sein.

Auswahlkriterien für Industrieroboter

• Risikominimierung
• Unbequeme Laborbedingungen
• Sich wiederholende Aufgaben
• Schwierige Handhabung
• Vielzahl von Aufgaben

Wichtige Aspekte bei der Roboterauswahl

• Geometrie
• Kinematik
• Dynamik
• Art der Bewegung
• Programmiermodus
• Antriebsart
• Kommunikationsmöglichkeiten
• Anbieter
• Kosten

Leistungsmerkmale von Robotern

Genauigkeit

Bezieht sich darauf, wie nahe der gemessene Wert dem tatsächlichen Wert ist.

Wiederholgenauigkeit (Präzision)

Die Entfernung zwischen dem geplanten Punkt und dem durchschnittlich tatsächlich erreichten Punkt. Sie wird durch die Wiederholung der Bewegung mehrmals mit Nennlast und unter definierten Temperaturen erreicht.

Auflösung

Die kleinste Einheit, um die der Roboter gesteuert werden kann.

Programmierung von Robotern

Die Programmierung ist der Prozess, bei dem dem Roboter die Abfolge von Aktionen mitgeteilt wird, die er zur Ausführung seiner Aufgaben durchführen soll.

• Geführte Programmierung (Teach-In)
• Textbasierte Programmierung
• Offline-Programmierung

Gelenktypen von Manipulatoren

1. Translationale Bewegung

• Lineares Gelenk (Typ L)
• Orthogonales Gelenk (Typ O)

2. Rotatorische Bewegung

• Drehgelenk (Typ R)
• Schwenkgelenk (Typ T)
• Rotationsgelenk (Typ V)

Steuerungsmerkmale

Auflösung der Steuerung

Die Fähigkeit des Positionierungssystems des Roboters, das Bewegungsspektrum jedes Gelenks in kleinste Einheiten zu unterteilen.

Genauigkeit der Steuerung

Die Fähigkeit, das Roboterhandgelenk innerhalb des Arbeitsbereichs an einer gewünschten Position zu platzieren, unter Berücksichtigung der Auflösung der Robotersteuerung.

Wiederholgenauigkeit der Steuerung

Die Fähigkeit, das Handgelenk des Roboters an einer zuvor im Arbeitsbereich gelernten Position zu platzieren.

Roboter-Konfigurationen (Körper und Arm)

• Polare Konfiguration
• Zylindrische Konfiguration
• Vektorsteuerungsroboter
• Knickarmroboter
• SCARA

Arbeitsvolumen eines Robotermanipulators

Das Arbeitsvolumen ist der dreidimensionale Raum, den der Roboterarm am Ende seines Handgelenks manipulieren kann. Es wird durch die Anzahl und Art der Gelenke im Manipulator, die Reichweiten der einzelnen Gelenke und die physikalischen Abmessungen der Glieder bestimmt.

Playback-Roboter mit Punkt-zu-Punkt-Steuerung

Die Steuerung dieser Roboter besitzt einen Speicher, der die Abfolge von Bewegungen in einem bestimmten Arbeitszyklus sowie die Positionen und andere zugehörige Parameter jeder Bewegung speichert und diese zu einem späteren Zeitpunkt während der Ausführung des Arbeitszyklus des Programms wiedergibt.

Endeffektor

Der Endeffektor ist üblicherweise am Handgelenk des Roboters befestigt. Er ermöglicht es dem Roboter, eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Beispiele sind Greifer und Werkzeuge.

Interne Sensoren

Interne Sensoren sind Komponenten des Roboters, die zur Kontrolle der Positionen und Geschwindigkeiten der verschiedenen Gelenke des Roboters dienen.

Externe Sensoren

Externe Sensoren werden verwendet, um den Betrieb des Roboters mit anderen Geräten in der Arbeitszelle zu koordinieren.

Roboterprogramm

Ein Roboterprogramm definiert einen Pfad im Raum, dem der Manipulator folgt, und kombiniert dies mit peripheren Aktionen, die den Arbeitszyklus unterstützen.