Entwicklungstendenzen in der Industrierobotik. Prof. Dr.-Ing. Heinz Wörn

Transkript

1 VDI/VDE-GMA Fachausschuss Steuerung und Regelung von Robotern Ladenburg, 25 Januar, 2006 Entwicklungstendenzen in der Industrierobotik Institut für Prozessrechentechnik, Automation und Robotik (IPR) -1-

2 Robotik am IPR Medizinrobotik Algorithmen für Roboter Humanoide Roboter d Offline-Programmierung, Bahnplanung, Kalibrierung MRK Sensorgestützte Produktionsroboter Mikrorobotik, Roboterschwärme Modulare Steuerungssysteme, Multiagentensysteme Teleservice und Diagnose -2

3 Entwicklungstendenzen in der Industrierobotik Neue Applikationen Mechanik Sensoren Tendenzen Steuerung Programmierung Neue Funktionen -3-

4 Roboter-Statistik Deutschland 2004 Inlandsmarkt Industrieroboter nach Bauarten 2004 Knickarm 70% Lineararm 12% Scara 7% Portal 11% Quelle: VDMA, Fachverbandsstatistik Q -4-

5 Höhere Traglasten KUKA: KR PA/1 Traglast von bis zu 570 kg Fanuc Robotics: M-900iA Traglasten von 350 und 600 kg Motomann: up350 Maximale Traglast 500 kg ABB: IRB 7600 Handhabungskapazitäten von 500 kg, -5-

6 In die Mechanik integrierter Leistungsteil Cobra Smart600 PowerScara KR 150 id -6-

7 Entwicklungstendenzen in der Industrierobotik Neue Applikationen Mechanik Sensoren Tendenzen Steuerung Programmierung Neue Funktionen -7-

8 Trend: PC-basierte Robotersteuerung mit Echtzeit Ethernet-Schnittstellen 1, 2, 3, 4 Standard Echtzeit-Ethernet PC-Grundsystem Prozessor Speicher Grafikkarte HDD CD/DVD PCI-Bus Antriebsbuskarte Ethernetkarte Feldbuskarte Framegrabberkarte Intranet Antrieb 1 E/A 1 Kamera Internet Antrieb n E/A n

9 Trend: Mehrrobotersteuerung a) b) -9-

10 Trend: Mobilfunk für Roboter Funkbus RC mobiles HPG RC RC -10-

11 Modulare Softwarestrukturen einer PC-basierten Robotersteuerung mit Echtzeitverhalten RC 1... RC k API-NT Windows NT RC 1 RC 2... RC n Umschalter/Interrupt API RT-Kernel RT-Kernel API-RTK API -RTK API -RTK Hardware RC k+1... RC n Konzept a) Konzept b) -11-

12 Trend in der Bewegungsführung von Robotern Punkt-zu-Punkt Linearbahnen Zirkularbahnen Spline-Interpolation Höhere Fahrprofile Look Ahead Kollisionsfreie Bahnplanung mit Umweltmodell -12-

13 Kollisionsfreie Bahnplanung Suche im 6D- Konfigurationsraum Kollisionserkennung im 3D- Arbeitsraum q S d q 1 d q 2 q G -13-

14 Modellbasierte Antriebsregelung Interpolator Koord. Transf. Position I1 d dt d dt Dynamisches Modell Roboter Daten Last Daten Achsmoment I3 I4 Feininterpolation d dt _ + _ + Positionsregelung Geschwindigkeitsregelung Stromregelung -14-

15 Entwicklungstendenzen in der Industrierobotik Neue Applikationen Mechanik Sensoren Tendenzen Steuerung Programmierung Neue Funktionen -15-

16 Trend: Web-basierter Zugriff auf Robotersteuerungen Externe Anwendung Web-Browser XML-API XML Dokumente Steuerung (PC) XML-fähiger Web-Server Steuerung -16-

17 Trend: Kooperation von Robotern -17-

18 Trend Kooperierende Roboter zentral-dezentrale Steuerung a) b) Quelle: KUKA Quelle: ABB -18-

19 Trend: Mensch-Roboter-Kooperation basierend auf physikalischen Schnittstellen Roboter Kooperationsmuster, 3 Ebenenmodell Interpretation Sensorik Aktuatorik Mensch-Roboter- Kommunikation Aktuatorik Sensorik Mensch Mensch -19-

20 Systemstruktur und Aufbau einer sicheren Robotersteuerung Quelle: Reis -20-

21 Entwicklungstendenzen in der Industrierobotik Neue Applikationen Mechanik Sensoren Tendenzen Steuerung Programmierung Neue Funktionen -21-

22 Tendenzen in der Roboterbedienung und Programmierung Heutige Tendenzen in der Mensch-Maschine Interaktion PC-Technik mit Internetanbindung Multimedia- Unterstützung Grafische Interaktion mit Icons Windows-Orientierung Integrierte Prozessvisualisierung Angepasste Eingabemedien -22-

23 Innovative Roboter Programmier-MethodenIROPROG - BMBF-Verbundprojekt Intuitive Offline Programmierung durch Methoden der Virtuellen Realität Methoden und Algorithmen für die automatische Bahnplanung von Robotern Methoden zur teilautomatischen Kalibrierung von Roboterzellen Integration eines Online berechenbaren Zellenmodells in die Steuerung Intuitive Online Programmiermethoden (z.b. mit Hilfe eines Joysticks und Virtuellen Schutzräume) -23

24 Haptische Offline Programmierung Mit Maus und Tastatur benötigt ein Programmierer ca. 100s um den Roboter durch die Hindernisse zu bewegen. Mit einem haptischen Eingabegerät wird der TCP des Roboters bewegt. Kollisionen mit Hindernissen werden gefühlt Die Programmierzeit reduziert sich auf 25s in diesem Beispiel Glättung der erzeugten Bahn -24-

25 (links) Händisch programmiert; (rechts) automatisch optimiert: nur noch Handachsen werden verfahren Quelle: Reis -25-

26 Visualisierung mit erweiterter Realität Quelle: KUKA/Reis -26-

27 Entwicklungstendenzen in der Industrierobotik Neue Applikationen Mechanik Sensoren Tendenzen Steuerung Programmierung Neue Funktionen -27-

28 Standard-Schnittstelle für die Ankopplung von Sensoren - ARIKT-BMBF-Verbundprojekt Robotersteuerung + Anwenderprogramm Interpreter P Event i Interpolation Transformation Achs- Regler P i oder P i zyklisch T IPO Prozess Standardschnittstelle Sensordatenverarbeitung Roboter Position: zb. Greifpunkt Online-Bahnkorrektur Standardschnittstelle Sensordatenverarbeitung Roboter Sensordatenverarbeitung Bildverarbeitung Sensordatenverarbeitung KMS P i = Position X,Y,Z, RX, RY, RZ P i = Positionsdifferenz X, Y, Z, RX, RY, RZ T IPO = Intervall Interpolationstakt Standardschnittstelle Sensordatenverarbeitung Sensor -28-

29 XIRP - XML Interface for Robots and Peripherie - Standard-Sensorschnittstelle Teile der Standardisierung Allgemeine Vereinbarungen und Basiskommandos für den Datenaustausch (unabhängig von den Anwendungen) Durchgängige Kommunikationsprofile für Anwendungen (Geräteprofil mit Anwendungsbefehlen) Gerätegruppen (DeviceClassCommands) (BV, KMS,..) Einbettung kundenspezifischer Protokollteile (CustomCommands) -29-

30 XIRP: Allgemeine Vereinbarungen Gerätebeschreibung in XML Datenaustausch in XML -30-

31 Beispiele für Standardisierung Anwendung Nahttracking Anwendung Kleberaupeninspektion Anwendung Motorinspektion Nicht im Standard Plug-and-Play Nahttracking DeviceClassCommands BasicCommands CustomCommands Kleberaupeninspektion DeviceClassCommands Bildverarbeitung BasicCommands CustomCommands Motorinspektion DeviceClassCommands Bildverarbeitung BasicCommands Allgemeine Vereinbarungen -31-

32 Entwicklungstendenzen in der Industrierobotik Neue Applikationen Mechanik Sensoren Tendenzen Steuerung Programmierung Neue Funktionen -32-

33 Trend Anlagenbau mit Robotern Kooperierende Roboter Bodenfertigung für Kleinlastwagen -33-

34 Roboter-Statistik 2004 nach Anwendungen (Deutschland) Einsatz von Industrierobotern nach Anwendungen 2003 und 2004 Handhabung Schweißen Beschichten Montage/Demontage Bearbeiten Sonstige Stück Quelle: VDMA, Fachverbandsstatistik Q -34-

35 Trend: Gemischtes Palettieren mit intelligenten Kommissionierrobotern Kombination: Lager Palette Fließband Palette Quelle: KUKA/AMATEC -35-

36 Laserschweißen: (links) Integrierte Strahlführung (Quelle: Reis); Remote-Laserschweißen (Quelle: LHZ) Quelle: Reis/LHZ -36-

37 Positionierung des Roboters und Überwachung des Bearbeitungsprozesses Quelle: Reis -37-

38 VDI/VDE-GMA Fachausschuss Steuerung und Regelung von Robotern Ladenburg, 25 Januar, 2006 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! -38-