Schriftliche Prüfung im Fach Robotertechnik

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1 Fachhochschule Augsburg Fachbereich Maschinenbau Dr.-Ing. E. Roos Schriftliche Prüfung im Fach Robotertechnik am in der Zeit von Uhr bis Uhr im Raum B302 vom Studenten auszufüllen: : (Druckschrift)... Vorname:... Platz Nr. Matr.-Nr.... Hilfsmittel: nicht programmierbarer Taschenrechner Vorbemerkungen: Bitte beantworten Sie die Fragen direkt auf den Aufgabenblättern. Sollte Ihnen der Platz auf den Aufgabenblättern zur Beantwortung nicht ausreichen, nutzen Sie bitte die Rückseite des jeweiligen Aufgabenblatts, oder verwenden Sie für jede Aufgabe eine neue Seite des Zusatzblatts. Bitte numerieren Sie Ihre zusätzlichen Blätter, und versehen Sie diese mit Ihrem n und Ihrer Matrikelnummer. Geben Sie bitte am Ende der Prüfung die Blätter nach den einzelnen Aufgaben geordnet ab. Verwenden Sie bitte keine roten Schreibstifte. Viel Erfolg! Ergebnis: Gesamtsumme: Note: Erstkorrektor: Zweitkorrektor: Dr.-Ing. E. Roos Prof. Dr.-Ing. F. J. Lange

2 2 / 11 Aufgabe 1: Robotertechnik Grundlagen (17 Punkte) 1.1 Nach welchen Kriterien werden Handhabungsgeräte eingeteilt? Verwenden Sie zur Beantwortung nachfolgende Grafik. (4 Punkte) 1.2 Nennen Sie 3 technologische Argumente, die gegen den Einsatz von Robotern bei bestimmten Fertigungsaufgaben sprechen. Führen Sie zu jedem Argument ein Beispiel aus der Praxis an! (3 Punkte) 1.3 Nennen Sie die Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen Einsatz von Robotern in der Einzelfertigung, Serienfertigung bzw. Massenfertigung. Bei welcher der drei Fertigungsformen ist die Wirtschaftlichkeit derzeit noch am wenigsten gegeben? Welche Anforderungen sind diesbezüglich an künftige innovative Industrierobotersysteme zu stellen (5 Punkte)?

3 3 / Beschriften Sie in nachfolgender Grafik die wesentlichen Komponenten des Industrierobotersystems (5 Punkte)

4 4 / 11 Aufgabe 2: Technische Daten von Industrierobotern (9 Punkte) 2.1 Skizzieren und beschreiben Sie den Unterschied zwischen der Bahngenauigkeit und der Bahnwiederholgenauigkeit. Zeichnen Sie zur Erläuterung das Roboterbasis-KS sowie das Bauteil-KS in die Skizze ein, auf das sich die Soll-Punkte der Bahn beziehen (5 Punkte) Skizze Beschreibung 2.2 Für welche Roboteranwendungen ist eine hohe Bahngenauigkeit erforderlich? (2 Punkte) 2.3 Nennen Sie mindestens zwei weitere Bahnkenngrößen eines Industrierobotersystems nach DIN EN (2 Punkte).

5 5 / 11 Aufgabe 3: Programmierung von Robotern (19 Punkte) 3.1 Beschreiben Sie stichwortartig die charakteristischen Merkmale der On-line- und Offline-Programmierung! Welche Vor- bzw. Nachteile liegen vor? (6 Punkte) 3.2 Skizzieren und beschreiben Sie die drei möglichen Ebenen einer Roboterprogrammstruktur für die Applikation Punktschweißen (6 Punkte).

6 6 / Wirtschaftliche Off-line-Programmierung von Robotern ist durch eine sinnvolle Kombination von textueller und grafisch-interaktiver Programmierung möglich? Wie und womit erfolgt zweckmäßigerweise die Programmierung in den jeweiligen Ebenen der Roboterprogrammstruktur aus Aufgabe 3.2? (3 Punkte) 3.4 Welche Mindestvoraussetzungen muss ein durchgängiges, anwendungsorientiertes Roboter-Off-line-Programmierkonzept erfüllen? (4 Punkte)

7 7 / 11 Aufgabe 4: Roboterkinematik (28 Punkte) 4.1 Skizzieren Sie das kinematische Ersatzschaubild eines SCARA-Roboters in Nullstellung! Zeichnen Sie das Basiskoordinatensystem (BKS), sowie das Werkzeugkoordinatensystem (TCS) in das Ersatzschaubild ein. (3 Punkte) 4.2 Nennen Sie die wesentlichen Unterschiede zwischen der Vorwärts- und Rücktransformation. Welcher mathematische Zusammenhang (Funktionsgleichung) besteht zwischen der Definitions- und Wertemenge bei beiden Transformationen? (4 Punkte) 4.3 Bei welchem Robotertyp sind Vorwärts- und Rücktransformation identisch? Welche Art von Koordinaten liegt vor? (2 Punkte)

8 8 / Gegeben seien die nachfolgenden Bewegungsanweisungen in KRL (Bezug: Roboter- BKS): $BASE = {X 3400, Y 2150, Z 1500, A -90, B 180, C 90} ;Bauteil-KS PTP {X -1150, Y -1500, Z -1400, A -90, B -90, C 0} ;Raumpunkt P1 Transformationsvorschrift: Trans(X, Y, Z) Rot(Z, A) Rot(Y, B) Rot(X, C). Skizzieren Sie die Anordnung des Bauteil-KS und TCS für den Punkt P1 bei gegebenem BKS! Tragen Sie die Koordinaten in die Skizze ein. (6 Punkte) x y BKS 4.5 Wie lauten Position und Orientierung des TCS im Punkt P1 bezogen auf das BKS? Transformationsvorschrift: siehe Aufgabe 4.4. (3 Punkte) BKS P 1 = {X, Y, Z, A, B, C } TCS

9 9 / Bestimmen Sie für nachfolgenden Roboterarm die Denavit-Hartenberg-Parameter für den Gelenkübergang von Achse 1 (Antriebswinkel: θ 1 ) nach Achse 2 (4 Punkte). 2 x z y y x 1 x z? 1'?? l DH - Transformation 1 -> 1' ->1' ->2' IR-Glied Transformation 1 -> 1' Q DH_i in rad in mm in mm d DH_i a DH_i a DH_i in rad 1' -> Warum sind zwei Transformationsschritte (1 => 1, 1 => 2) notwendig? (2 Punkte) 4.8 Mit welcher Ihnen bekannten Transformation ist nur ein Transformationsschritt erforderlich? Wie lauten die diesbezüglichen Transformationsparameter für den Gelenkübergang aus Aufgabe 4.6. Drehreihenfolge: Rot(Z, C) Rot(Y, B) Rot(X, A) (4 Punkte). 1 F = { 2

10 10 / 11 Aufgabe 5: Programmieraufgabe (17 Punkte) Schutzgasschweißen / Bolzenschweißen mit Werkzeugwechsel. Im Motorraum einer Rohkarosserie befindet sich eine Befestigungsplatte (3x100x100). Die Belastbarkeit der Platte wird durch 2 Schweißnähte erhöht. Die um 180 versetzten Nähte sind je 50 mm lang. Anschließend sind mit einem Bolzenschweißgerät Gewindebolzen auf die Platte zu setzen. Je nach Motortyp sind 2 bzw. 4 Bolzen zu schweißen. Die technologischen Daten für Schutzgasschweißen sind in Ausgang 33, die Daten für Bolzenschweißen in Ausgang 34 hinterlegt. Der Roboter startet zunächst ohne Werkzeug (WZK 0). Die Werkzeugkorrektur für den Schutzgas-Schweißbrenner lautet WZK 1, für das Bolzenschweißgerät WZK 2. Schreiben und kommentieren Sie das zugehörige Programm in SRCL. Gewindebolzen Schweißnaht Schweißnaht

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