Sensorplanung und schnelle Sensorregelung für Industrieroboter

Abstract

Eine oftmals hohe Variantenvielfalt, geringe Produktlebenszeiten und eine hohe Produktqualität kennzeichnen gegenwärtig die Situation der produzierenden Unternehmen in der Bundesrepublik Deutschland. Vor dem Hintergrund der hohen Lohnkosten bestehen keinerlei Alternativen zu einer weiteren, flexiblen Automatisierung, um Qualitäts- und Produktivitätssteigerungen zu erzielen. Gerade Industrieroboter, die eine flexible Anpassung an wechselnde Fertigungsbedingungen ermöglichen und außerdem ein hohes Automatisierungspotential besitzen, können dazu einen wichtigen Beitrag leisten. Letztendlich entscheiden aber nicht alleine die Fähigkeiten des Industrieroboters über den Erfolg oder Mißerfolg von Automatisierungsbestrebungen, sondern die Roboterperipherie und Programmierwerkzeuge tragen wesentlich dazu bei. Insbesondere bei der Integration von externen Sensoren an Roboteranlagen bestehen weitreichende Defizite, die den Einsatz von Industrierobotern in einigen Bereichen einschränken, wenn nicht ganz verhindern. So existieren bisher nur eingeschränkte Möglichkeiten zur flexiblen und schnellen Integration externer Sensordaten, um die Bewegungsbahn von Industrierobotern an die aktuellen Form- und Lagetoleranzen des Werkstück anzupassen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird deshalb ein Konzept entwickelt und realisiert, daß eine konsequente Unterstützung sowohl bei der Auswahl von qualifizierten Sensoren als auch deren schnelle und konfigurierbare Integration in eine Robotersteuerung beinhaltet. Hauptziel ist der Entwurf eines integrierten Gesamtsystems, das den Anwender insbesondere beim Entwurf und der Durchführung einer schnellen Sensorregelung eines Industrieroboters weitreichend und effizient unterstützt. Verschiedene Sensorregelungs- und Integrationskonzepte werden hinsichtlich ihres dynamischen Systemverhaltens untersucht, um Aussagen zur Leistungsfähigkeit von Sensorregelungen bei Bearbeitungsverfahren zu erlangen. Zunächst wird die Situation der Sensorintegration an heutigen, robotergestützten Fertigungsanlagen analysiert und die Notwendigkeit und deren technologisch-ökonomischer Nutzen beleuchtet. Die bekannten Strategien zur Sensorintegration und Sensorregelung lassen sich systematisch strukturieren und bewerten. Eine Diskussion der Defizite bestehender Lösungen runden die Darstellung ab. In einem 2. Schritt werden die Anforderungen an ein konfigurierbares, integriertes Gesamtsystem abgeleitet. Es gilt dabei insbesondere Fragen zu technologischen Anforderungen zu analysieren und zu strukturieren. Die technologischen Zieldefinitionen lassen sich auf die entsprechenden Komponenten eines Gesamtsystems projizieren und bilden die Basis zur Definition des Anforderungsprofils. Diese Überlegungen münden in das Konzept des integrierten Gesamtsystems ISRS, das den Ausfuhrenden bei der Programmerstellung, dem Entwurf von Sensorregelungen und dem Test von Sensorintegrationslösungen weitgehend unterstützt. Der Kern des Gesamtsystems ISRS stellt die flexibel parametrierbare Sensorsteuerung SC dar, die maßgeblich die Sensor Wertverarbeitung, die Übertragung von Sensordaten zur Robotersteuerung und die Kommunikationssteuerung ausfuhrt, sowie weitgehend von der Robotersteuerung aus bedienbar ist. Ein speziell auf die Belange der schnellen Sensorregelung optimiertes Transputersystem dient zur optionalen Erweiterung der Sensorsteuerung SC für den Fall der schnellen Sensorintegration im Lageregeltakt der Robotersteuerung. Der Robotersimulator RC-SIM, eine weitere Komponente des integrierten Gesamtsystems ISRS, erlaubt zudem eine Emulation der Robotersteuerung und deren Kommunikationsfunktionalität, um Sensorprogramme offline ohne die Gefahr einer Beschädigung der Anlage zu testen. Auf der Basis des integrierten Gesamtsystems werden Untersuchungen, die eine Adaption der Bewegungsbahn des Roboters mit Hilfe unterschiedlicher Sensorregelungs- und Integrationskonzepte zum Ziel haben, durchgeführt. Verschiedene Sensorregler können dabei das dynamisch