Demonstrator-2. Plug-and-Produce-Zelle für den Griff-in-die-Kiste

Transkript

1 Demonstrator-2 Plug-and-Produce-Zelle für den Griff-in-die-Kiste 1

2 Inhalt 1. Einleitung 2. Demonstratorzelle 3. Plug-and-Produce-Konzept 4. Griff-in-die-Kiste 5. Zusammenfassung 2

3 Einleitung Anwendung: Greifen von als Schüttgut bereitgestellten Getriebewellen um diese in eine Ultraschall- Prüfstation einzulegen Endanwender: Hirschvogel Umformtechnik GmbH, Automobilzulieferer von Schmiedeteilen Innovationen: Griff-in-die-Kiste Plug-and-Produce-Konzept 3

4 Randbedingungen Werkstücke Viele verschiedene Werkstücke. Gewicht meist zwischen 5 8 kg. Transport und Lagerung der Werkstücke als Schüttgut in Kisten. 4

5 Inhalt 1. Einleitung 2. Demonstratorzelle 3. Plug-and-Produce-Konzept 4. Griff-in-die-Kiste 5. Zusammenfassung 5

6 Demonstratorzelle PC - Cell Controller PLC 2 3 Qualitätskontrolle 4 Unkontrollierte Metallbox 1 Kontrollierte Metallbox 5 6

7 Komponenten der Demonstratorzelle Comau NJ : Arbeitsraum: 2.6 m Nutzlast: 130 kg Flexibler Greifer: Langes schlankes Gehäuse um tief in die Kiste greifen zu können Zusatzachse ermöglicht viele Greifpunkte Griff-in-die-Kiste-Modul Software-Modul läuft auf PC Steuert 3D-Scanner Berechnet Greifpunkt und Pfade 7

8 Inhalt 1. Einleitung 2. Demonstratorzelle 3. Plug-and-Produce-Konzept 4. Griff-in-die-Kiste 5. Zusammenfassung 8

9 Vom Büro in die Produktion In der PC-Welt ist es sehr einfach, neue Geräte zu installieren. Ein Drucker wird einfach eingesteckt. Der Menüpunkt Drucken wird angeboten. Analog in der Produktion: Ein Gerät wird mit Zellensteuerung verbunden. Dem Benutzer wird ein neuer Service zur Verwendung des Gerätes angeboten. Roboter: Service Bewegen Bohrwerkzeug: Service BohrerRotieren Plug and Play Plug and Produce 9

10 Synergie-Effekt: Super-Funktion Die Zellensteuerung erkennt, dass die Services Bewegen und BohrerRotieren kombiniert werden können zum Super-Service Bohren. Roboter: Service Bewegen Bohrwerkzeug: Service BohrerRotieren Die Zellensteuerung muss die Services der vorhandenen Geräte kennen und Schlußfolgerungen daraus ziehen können. Super-Service Bohren 10

11 Zellensteuerung Geräte Sensor Funktions- Beschreibung Die Fähigkeit der Zellensteuerung, Geräte ohne manuellen Konfigurationsaufwand zu integrieren wird Plug-and-Produce genannt, analog zu Plug-and-Play in der Bürowelt. Aktor Funktions- Beschreibung Configuration Module HMI Bediener 11

12 Von der Theorie zur Praxis 12

13 Plug-and-Produce-Steuerungsarchitektur Eine Plug-and-Produce- Steuerungsarchitektur besteht aus: Zellensteuerung als Master Komponenten, die ihre Services im Netzwerk anbieten Sensoren Algorithmen Ethernet network Aktoren Zellensteuerung Eingabegeräte 13

14 Komponenten - Services Comau Roboter SMART NJ Auf Steuerung läuft XIRP-Server Service: CanMove Griff-in-die-Kiste-Modul: SW-Modul mit UPnP-Interface Service: CanCalculateGrippingPoint Flexibler Greifer mit μcontroller Auf μcontroller läuft XIRP-Server Service: CanFix, CanRotate 14

15 Bedienoberfläche Geräteerkennung 1. Automatisches Erkennen und Integrieren von angeschlossenen Geräten Kein manueller Konfigurationsaufwand! 15

16 Bedienoberfläche Parametrisieren 2. Applikationsdefinition durch Parametrisieren von Prozessen und Robotergeschwindigkeit Roboterpunkte Keine Kenntnis von Geräteschnittstellen nötig! 16

17 Bedienoberfläche Prozessreihenfolge bestimmen der Prozessreihenfolge Es muss kein Quellcode geschrieben werden! 17

18 Bedienoberfläche Ausführen der Applikation 3. Ausführen der Applikation 18

19 Inhalt 1. Einleitung 2. Demonstratorzelle 3. Plug-and-Produce-Konzept 4. Griff-in-die-Kiste 5. Zusammenfassung 19

20 GidK - Lösungsansatz Greifpunktberechnung Objektlageerkennung Tiefendaten Wissensbasis zur Objektbeschreibung Liefert Objektlagen Greifer und Roboterbewegung Ausfiltern ungültiger Lagen Erreichbarkeit der Werkstücke Kollisionsfreiheit beim Griff Eintauchwinkel des Roboters Greifobjekt auswählen Hinfahrt zum Objekt Greifen Ausfahrt aus Kiste 20

21 GidK - Lösungsansatz Greifpunkt- 1. Wie erkenne ich eine Lage? berechnung 2. Wie greife ich ein erkanntes Objekt? 3. Wie fahre ich hin und zurück? Objektlageerkennung Tiefendaten Wissensbasis zur Objektbeschreibung Liefert Objektlagen 3 Schritte mit gegenseitiger Überwachung: Greifer und Roboterbewegung Ausfiltern ungültiger Lagen Erreichbarkeit der Werkstücke Kollisionsfreiheit beim Griff Eintauchwinkel des Roboters Greifobjekt auswählen Hinfahrt zum Objekt Greifen Ausfahrt aus Kiste 21

22 Objektlageerkennung Reale Kiste 1 Laserscanner: Punktewolke 2 Falschfarben-Darstellung der Tiefenwerte 3 Auswertung Sensoraufnahme Vorverarbeitung und Kistenrandentfernung Erkennung durch Wissensbasis (offline erstellt) Ergebnis farbige Wellen gefunden 22

23 Erstellung der Wissensbasis Tool zur offline-erstellung der Datenbank Datenbank kann bei der Erstellung bewertet werden (Visualisierung des Lösungsraums) Darstellung einer Orientierung der Datenbank Beschreibung eines Merkmals Visualisierung des Lösungsraums 23

24 Greifpunktberechnung 6 Vorwissen Objektlagen Mehrere Objekte Plausibilitätstest Teils überlappend Griff-Simulation mehrere Griffmöglichkeiten Auswahl des besten Griffs Bahnplanung Teil anheben zur Mitte fahren aus Kiste ausfahren 24

25 Greifpunktberechnung (2) Auf Grundlage von gefundenen Lagen der Objekterkennung CAD-Daten des Objekts CAD-Daten des Greifers Punktewolke des Laserscanners Automatische Bewertung von Zugänglichkeit Kollisionsfreiheit Eindringwinkel des Greifers 25

26 Übertragung auf weitere Objekte gefundene Lagen Sensordaten 26

27 Inhalt 1. Einleitung 2. Demonstratorzelle 3. Plug-and-Produce-Konzept 4. Griff-in-die-Kiste 5. Zusammenfassung 27

28 Zykluszeit Gantt Diagram Hirschvogel Scannen Scanning und + Calculation Rechnen Greifer Gripper öffnen/schließen open/close Greifer Gripper drehen turns Robot time Zeit [s] Weitere Optimierung der Berechnungen: Verlagern auf Grafikkarte (Parallelisierung) Mehr Intelligenz in Algorithmus implementieren Zeit zum Scannen und Rechnen soll auf 8 s reduziert werden 28

29 Vorteile Zelle Stand der Technik Fläche -50% Zeit -40% Kosten -30% Griff-in-die-Kiste- Zelle mit P n P Zeit = Installation und Konfiguration 29

30 Evaluierungsergebnisse des Piloteinsatzes (25.März 2009, Hirschvogel Umformtechnik GmbH) Qualitatives Feedback Positiv Weiterentwicklung der Technologie Funktion relativ stabil ganzheitliche Lösung innovativ flexibler Einsatz für unterschiedliche Produkte Geringe Kollisionsgefahr durch sehr langen Greifer gute Bedienbarkeit für qualifiziertes Fachpersonal Negativ Taktzeiten zu lang Scanverfahren zu langsam Rastermaß zu groß, Kleinteile können nicht gegriffen werden Genauigkeit bei der Abtastung sollte anstelle von 3 mm max. 0,5 0,2 mm betragen P n P-Idee sollte sich auf dem Markt durchsetzen (Standardisierung!) 30

31 Demonstratorvideo (Draft Version) 31

32 Vielen Dank! Dipl.-Math. techn. Thomas Ledermann Fraunhofer IPA Nobelstr. 12, Stuttgart +49 (0) 711 / ledermann@ipa.fraunhofer.de 32