Sensorgeführte Echtzeitsteuerung von Industrierobotern

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Mitsubishi Electric Europe B.V. Factory Automation

Die Echtzeitsteuerung versetzt Roboter in die Lage, ihre Bewegungsbahn – oder auch die an ihrem Werkzeug wirkenden Kräfte – erst während der Bewegung in Abhängigkeit der aktuellen Sensormesswerte festzulegen. Dabei setzt die Steuerung die Eingangssignale (Beeinflussungssignale) der unterschiedlichsten Sensoren, wie zum Beispiel Ultraschall-, Infrarot- und Laser-Abstandssensoren, Kameras oder Kraft-Momenten-Sensoren, direkt in entsprechende Roboterbewegungen um. Aufgrund der Vielzahl der Sensortypen und Kommunikationsprotokolle bietet sich ein Personalcomputer als Gateway und Umsetzer für die Sensorsignale in Bewegungen an.

1500 Positionen in drei Sekunden müssen an die Steuerung übertragen werden

Der Computer errechnet aus den Signalen die Bewegungsinformationen und überträgt die Positionsdaten in schneller Folge, typischerweise im Bereich von ein bis zehn Millisekunden, an die Robotersteuerung. Für eine kurvenförmige Bewegung des Roboterarms von 15 Zentimetern, die in einer Zeit von drei Sekunden erfolgt, müssen bei einer Taktzeit (Regeltakt) des Roboters von zwei Millisekunden zum Beispiel 1500 Positionen (3000 ms/2 ms) an die Robotersteuerung übertragen werden.

Bei diesem Beispiel ergibt sich rechnerisch eine vektorielle Schrittweite von einer Position zur nächsten von 0,1 Millimeter (150 mm/1500 Positionen). Dies ist nur eine stark vereinfachte Darstellung der Funktionsweise, die keine Beschleunigungs- und Bremsrampen bei der Positionierung berücksichtigt.

Eine Verkürzung der Schrittweite führt zu einer langsameren, eine Vergrößerung der Schrittweite zu einer schnelleren Bewegung des Roboterarms. Durch diese Ansteuerung können beliebige Rampen gefahren und beliebige Konturen, zum Beispiel aus CAD-Daten (Computer Aided Design), berechnet und zur Robotersteuerung übertragen werden.

Sensorgeführte Roboter können unterschiedlichen Konturen folgen

Die Echtzeitsteuerung von Industrierobotern eröffnet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. So lassen sich Roboter zum Beispiel mit Sinnen für die Qualitätskontrolle ausstatten. In Bearbeitungsprozessen wie Schweißen, Kleben, Entgraten, Bohren und Fräsen können sensorgeführte Roboter unterschiedlichen Konturen folgen und nahezu beliebige Geometrien bearbeiten. Auch das handgeführte Erlernen von Positionsdaten und Pfaden ist mit dieser Art der Robotersteuerung einfach zu realisieren.

Die Unternehmen Battenberg Robotic in Marburg und Systec in Nürnberg, langjährige Partner von Mitsubishi Electric, nutzen diese Technologie schon seit einigen Jahren für die robotergestützte Qualitätskontrolle. Sie rüsten Industrieroboter von Mitsubishi Electric mit verschiedenen Werkzeugen aus und kombinieren diese mit Sensoren und einer herstellerspezifischen Mess- und Auswertungssoftware (RobFlow, LabVIEW) zu einem flexiblen Messsystem. Gemeinsames Funktionsprinzip dieser Robotersysteme ist das zeitgleiche Ausführen von Mess- und Bewegungsfunktionen in Echtzeit.

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