Industrieroboter. Funktion und Gestaltung. Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Volmer. Verlag Technik GmbH Berlin München

Transkript

1 Industrieroboter Funktion und Gestaltung Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Volmer ti Verlag Technik GmbH Berlin München

2 Inhaltsverzeichnis 1. Grundlagen der Robotertechnik Roboter als Bewegungsmaschine Industrieroboter und Handhabetechnik Aufgaben der Handhabetechnik Entwicklung der Industrieroboter (IR) Industrieroboterdefinition Teilsysteme des Industrieroboters Industrieroboter in der rechnerintegrierten Produktion (CIM) Aufbau und Funktion Prinzipieller Aufbau Wirkungsweise der Hauptbaugruppen Bauformen (Typenauswahl) Baukastensystem Ziele und Merkmale Grundlagen der Baukastenbauweise Modular aufgebaute Industrieroboter Roboter-Module Ausführungen von Industrierobotern im Modularkonzept Handgesteuerte Manipulatoren Prinzipieller Aufbau und Wirkungsweise Indirekt handgesteuerte Manipulatoren Direkt handgesteuerte Manipulatoren Ausführungsformen Führungsgetriebe Funktion und Aufbau Kinematische Struktur Systematik der Strukturen Arbeits- und Kollisionsraum Koordinaten Gestell Funktionen und Arten Feste und mobile Ständer Portale Fahrwerke für Transportroboter Bewegungseinheiten Geradführungen Geradführungsgetriebe Lineareinheiten 81

3 8 Inhaltsverzeichnis Dreheinheiten Antriebe Gestaltung des Drehgelenks Drehgelenkarme Strukturen Auslegung Antriebe Handgelenke Lastausgleich Spezielle Führungsgetriebe Übertragungsgetriebe Getriebe für Drehen-in-Drehen Getriebe für Drehen-in-Schieben Auslegung und Berechnung Zielstellung Kinematische Analyse Ermittlung der Lage Ermittlung der Geschwindigkeiten und Beschleunigungen Kinetostatische Analyse Belastung durch äußere Kräfte Belastung durch Trägheitskraftgrößen Rechentechnische Lösung Massenreduktion Ermittlung der Greiferbelastung Ermittlung der Antriebsfunktion zur Führung eines Gliedes Analyse der Toleranz- und Gelenkspieleinflüsse Einfluß der Gliedlängentoleranzen und Toleranzen der Antriebsparameter Einfluß der Gelenkspiele Arbeitsorgane Ordnung, Funktion, Aufbau Greifer Funktion, prinzipieller Aufbau, Ordnung und Einflußgrößen Fingergreifer Pneumatische Fingergreifer Mechanische Fingergreifer Zangengreifer Systematik der Zangengreifer Ermittlung der kinematischen Abmessungen der Zangengreifer Greifkraftanalyse von Zangengreifern Greiforgane von Zangengreifern Saugergreifer Magnetgreifer Flexible Greifer Objektflexibilität Funktionsflexibilität Werkzeuge Überblick 193

4 Inhaltsverzeichnis Fügewerkzeug zum Einsetzen von Sicherungsringen Fügewerkzeug zum Fügen von Werkstücken mit Übergangs- und Preßpassung Werkzeuge zum Herstellen von Schraubverbindungen Fügemechanismen Ungesteuerte Fügemechanismen (UFM) Ungesteuerter Fügemechanismus mit Federelementen aus Stahl Ungesteuerter Fügemechanismus mit Metallbalg Ungesteuerter Fügemechanismus mit Federelementen aus Elastomeren Gesteuerte Fügemechanismen (GFM) Kombinierte Fügemechanismen Kombination von GFM und UFM mit taktilem Sensor Kombination von GFM und UFM mit pneumatischen Sensoren Kombination von UFM und gesteuerter Dreheinheit mit taktilem Sensor Kombination von UFM und Schwingungserreger Fügemechanismen mit taktilen Erkennungssystemen Wechselsysteme Schnittstelle zwischen Arbeitsorgan und Industrieroboter Kopplung Periphere Einrichtungen für Wechselsysteme Antriebe Allgemeine Betrachtungen Elektrische Antriebe Antriebsarten Gleichstromstellantriebe Synchronstellantriebe Asynchronstellantriebe Drehstromlinearantriebe Schrittmotorenantriebe Auswahl und Auslegung von Stellantrieben Kenngrößen des Stellmotors Kinetische Anpassung Thermische Auslegung Hydraulische Antriebe Grundsätzlicher Aufbau und Einsatzmöglichkeiten Stellelemente Schaltsysteme Stetig stellbare elektrohydraulische Wandler Druckölversorgung Pneumatische Antriebe Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten Grundschaltungen Aufbereitung und Verteilung der Druckluft Steuerung und Programmierung Aufgaben, Klassifizierung, Grundbegriffe Steuerung und Manipulatorarbeitsplatz 276

5 10 Inhaltsverzeichnis Intelligenzgrad" von Manipulator- und Industrierobotersteuerungen Begriffe und Klassifizierung Allgemeines Manuelle und automatische Steuerung Programmsteuerung Adaptivsteuerung Punkt- und Bahnsteuerung Numerische Steuerung Verbindungs- und speicherprogrammierte Realisierung der Informationsverarbeitung Einteilung von Manipulator- und Industrierobotersteuerungen Funktionelle Bestandteile Bewegungssteuerung Varianten Interpolation Koordinatentransformation Aktionssteuerung Sensordatenverarbeitung Dialogsteuerung Datenaustauschsteuerung Zentralsteuerung Überwachung und Diagnose Speicher Spezielle Funktionen Gerätetechnische Gestaltung, Schnittstellen Konstruktiver Aufbau einer Industrierobotersteuerung Anpaßsteuerung Schnittstellen Programmierung von Manipulatoren und Industrierobotern Gegenstand Programminhalt Programmierverfahren Systematik Verfahren Interaktive Programmierung Darstellung von Arbeitsprogrammen Programmiersysteme Steuerung von Synchronmanipulatoren Programmsteuerungen - Charakteristik und Beispiele Charakteristik und Einsatz Allgemeines Festprogrammsteuerungen Punktsteuerungen Bahnsteuerungen Multipunktsteuerungen Speicherprogrammierbare Steuerung ECC Elektronische Programmsteuerungen ROG-7, ROG Industrierobotersteuerung IRS

6 Inhaltsverzeichnis Steuerungsfamilie SIROTEC RCM Industrierobotersteuerung ASEA S Steuerung für Beschichtungsroboter TR Steuerungen zur Automatisierung von Fertigungseinrichtungen und -prozessen Wegmeßsysteme Prinzip und Aufgaben Einteilung und Kenngrößen von Wegmeßsystemen Allgemeines Einteilung Arten der Wegmeßsysteme Kenngrößen Aufbau und Funktionsprinzip bevorzugt eingesetzter Wegmeßsysteme Potentiometer Resolver Inductosyne Absolute digitale Meßsysteme Inkrementale Meßsysteme Einsatz Anforderungen Bewertung Ankopplung und Anbau Genauigkeit Sensoren Zielstellung Sensorische Funktionen als Teil des Roboterkonzeptes Einige Gestaltungsregeln für Sensoren und deren Kopplung mit Industrierobotersteuerungen Aufgaben beim Erarbeiten von Sensorlösungen Analysieren des Einsatzfalles und Erarbeiten der Sensorspezifikation Systementwurf Entwurf und Bereitstellung der Sensorhardware Programmentwurf Implementieren Testen der realisierten sensorischen Funktion Dokumentieren der realisierten sensorischen Funktion Stand und Entwicklungstendenzen der Sensoren für Industrieroboter Allgemeines Wirkprinzip von Sensoren Taktile Sensorik Charakterisierung Taktile Sensoren für Kraft und Kraftmoment Taktile Sensoren für Position und Weg Taktile Sensoren für Temperatur Approximative Sensorik Charakterisierung Magnetische approximative Sensoren 384

7 12 Inhaltsverzeichnis Dielektrische approximative Sensoren Optische approximative Sensoren Approximative Ultraschall-Sensoren Approximative Mikrowellensensoren Approximative radiometrische Sensoren Approximative fluidische Sensoren Szenenabbildende Sensorik Charakterisierung Visuelle szenenabbildende Sensoren Szenenabbildende Radarsensoren Industrieroboterperipherie Ordnung und Begriffe Funktionsbereiche und -folgen Werkstückspeicher Werkstückzubringer Spann- und Positioniereinrichtungen Sicherheitskonzepte Meß- und Prüftechnik Prüfung von Industrierobotern Aufgaben und Ziele der Prüfung Kenngrößen für Industrieroboter Geometrische Kenngrößen Genauigkeitskenngrößen Belastungskenngrößen Kinematische Kenngrößen Meßtechnische Ermittlung der Kenngrößen Meßverfahren und Meßgeräte Ermittlung der Kenngrößen zur Wiederholgenauigkeit Ermittlung der kinematischen Kenngrößen Literaturverzeichnis Sachwörterverzeichnis 464