Laborbericht: BPR-Labor. Datum: Dozentin: Prof. Dr. A. Weigl-Seitz

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1 1/10 vom Laborbericht: BPR-Labor Datum: Dozentin: Prof. Dr. A. Weigl-Seitz An der Ausarbeitung haben mitgewirkt: Manfred Ludwig (686916), Armin Vahidi (704734) und Bernd Schmitt (687151)

2 2/10 vom Inhaltsverzeichnis Einführung Der Roboter RV6 Interpolation Überschleifen Versuchsvorbereitung Aufgabe 3.1 Aufgabe 3.2 Aufgabe 3.3 Versuchsdurchführung Aufgabe 4.1 Aufgabe 4.2 Aufgabe 4.3 Aufgabe 4.4 Handhabungsaufgabe Lösung der Aufgabe Eigene Übung Quellenangaben Anhänge

3 Einführung 3/10 vom Im dritten Laborversuch, im Rahmen der Vorlesung Bewegungssteuerung und Programmierung von Robotersystemen, soll nun die prinzipielle Arbeitsweise eines Industrieroboters vermittelt werden. Die Teach-In- und Offlineprogrammierung mit den wichtigsten Interpolationsarten wird an einfachen Beispielen durchgeführt. Außerdem soll der Effekt des Überschleifens untersucht werden. Der Roboter Reis RV6 Der Reis RV6 hat sechs rotatorische Gelenke. Diese Anordnung wird auch Knickarmroboter genannt. Dieser Typ von Roboter ist wohl der, der dem menschlichen Arm am nächsten kommt. Innerhalb des dexterous workspace kann er auch alle Bewegungen des menschlichen Arms (auch was die Orientierung der Handwurzel angeht) in gewisser wiese nachempfinden. Zumindest was die beliebige Lage und Orientierung des TCP angeht. Innerhalb dieses Teil-Arbeitsbereiches hat der Endeffektor sechs Freiheitsgrade. Die Gelenke werden von Bürstenlosen Gleichstrommotoren angetrieben. Die Messungen an den Gelenken erfolgt über Resolver und die Kaskaden-Gelenkregelung sorgt für genügend Genauigkeit. Bild 1 Aufbau des Reis RV6 Interpolationsarten Es gibt unterschiedliche Bewegungsformen, von denen wir die wichtigsten erläutern wollen. PTP-Bahn (Point to Point), LIN-Bahn (linear) und Zirkularbahn

4 4/10 vom PTP-Bahn: Startlage und Ziellage der Gelenke eines PTP-Bahnsegments sind durch Teach-In Programmierung oder Offline-Programmierung vorgegeben worden. Steuerung und Gelenkregelung müssen dafür sorgen, dass die Gelenkkoordinaten die Werte der Ziellage einnehmen. Dabei sind die Raumkurve des TCP im Raum und Zwischenwerte der Orientierung für den Anwender nicht unmittelbar voraussehbar und für die Aufgabenstellung auch nicht relevant. Die absolute Bewegungsform des Roboters kann ganz zufällig ausfallen. LIN-Bahn und Zirkularbahn: Die Linearbahn und die Zirkularbahn sind beide CP-Bahnen. Bei CP-Bewegungen wird die Bahn, die der Roboter dann auch zurücklegt, zwischen zwei Punkten im Raum festgelegt. Unter Verwendung der Linearinterpolation bewegt sich der TCP dann zwischen diesen zwei Punkten auf einer Geraden. Dies wird vor allem dann benötigt, wenn gerade Stücke geklebt oder gefräst werden sollen. Auf der Bahn kann dann die Geschwindigkeit sowie Start- und Bremsbeschleunigung vorgegeben werden. Wenn nun z.b. kreisbogenförmige Werkstücke oder Bahnen vorliegen, kommt man mit den bisher beschriebenen Bewegungsformen nicht mehr aus. Deswegen ist in den meisten Robotersteuerungen die Zirkularinterpolation enthalten. Diese Interpolationsart stellt einen Kreisbogen dar. Der Programmiere beschriebt diesen Kreisbogen dann meist durch drei Punkte. Den Startpunkt, eine Zwischenposition und den Endpunkt. Auch hier können Geschwindigkeit sowie Start- und Bremsbeschleunigung vorgegeben werden. Überschleifen In diesem Versuch soll nun auch Speziell das Überschleifen untersucht werden. Bis jetzt kamen die Roboter die wir untersuchten, nach jedem Bahnsegment, in der Zielstellung, zur Ruhe. Oft wird das vollständige Abbremsen beim Anfahren von Zwischenstellungen aber nicht gewünscht. Hauptsächliche Intention ist hier, dass eine ruckartige Bewegung vermieden wird und um eine Zeitersparnis beim Anfahren von Zwischenpositionen erzielt wird. Die einfachste Art, Zwischenpositionen ohne Stillstand der Achsen zu durchfahren und damit einen Sanfteren Übergang von einem Bahnsegment zum nächsten zu erreichen, ist das Überschleifen. Hier wird nicht wie bisher auf den Stillstand in der Zielstellung der Zwischenposition gewartet, sondern bereits nach einem Erreichen eines Mindestbetrages der Geschwindigkeit (Geschwindigkeitsüberschleifen), das nächste Bahnsegment begonnen. Außerdem gibt es noch das Positionsüberschleifen, bei dem das Kriterium, zum Beginn des nächsten Bahnsegments, ein Unterschreiten der Mindestentfernung zur jeweiligen Zwischenposition ist. Allerdings wird nun wie erwartet beim Überschleifen die Zwischenstellung nicht mehr exakt angefahren. Im Gesamten laufen die Bewegungen schneller und weicher ab und der insgesamt zu fahrende Weg wird kürzer. Es gibt für jede Bewegungsart ein Überschleifen, welches sich auf leicht unterschiedliche Weise auswirkt. Aber im Prinzip ist es immer der gleiche Effekt. Wir unterscheiden PTP- Überschleifen und CP-Überschleifen. Erweitertes Überschleifen Die im Labor verwendete Steuerung RS4 bietet, zusätzlich, die Möglichkeit eine Ü- berschleifkugel um die Zwischenposition zu legen, deren Radius vom Programmierer vorgegeben werden kann. Wird mit dem TCP in den Radius der Überschleifkugel gefahren, wird innerhalb der Kugel auf die neue Bahn umgeschwenkt.

5 Versuchsvorbereitung 5/10 vom Aufgabe 3.1 PTP-Geschwindigkeitsüberschleifen Aufgabe 3.2 Überschleifkugel Aufgabe 3.3 Programmieraufgabe mit Überschleifen Versuchsdurchführung In der Versuchsdurchführung haben wir zuerst die Aufgaben 4.1 bis 4.3 erledigt und das in der Vorbereitung ausgearbeitete Programm eingegeben, um uns mit der Funktion des Programmiergerätes und der Programmiersoftware vertraut zu machen. Aufgabe 4.1 a) Praktische Übungen <keine Dokumentation vorhanden> b) Praktische Übungen <keine Dokumentation vorhanden> c) Vor- und Nachteile der Bewegung des Roboters in Gelenkkoordinaten und kartesischen Koordinaten. Wenn man den Roboter in Gelenkkoordinaten verfährt, ist man in der Lage die Position jedes Armteils frei zu bestimmen. Dadurch ist es sehr leicht bei der Bahnplanung eventuelle Kollisionen zu erkennen und zu vermeiden. Allerdings ist es in dieser Betriebsart kaum möglich eine genaue Bahnführung einzuhalten. Wenn man den Roboter hingegen in kartesischen Koordinaten verfährt, kann man gerade und saubere Bahnen entlang der gewünschten Achse steuern. Allerdings entsteht hier der Nachteil, dass die Bewegung der einzelnen Gelenke und Armteile nicht oder kaum vorhergesagt werden kann. Aufgabe 4.2 Warum ist es im Gegensatz zu einem SCARA-Roboter nicht möglich, mit PTP- Befehlen auf einem Tisch zu zeichnen? Bei dem SCARA Roboter, wie im Versuch mit dem Adept Cobra gesehen, handelt es sich um ein Vier-Achs Roboter. Die dritte Achse beeinflusst hier nur die Z-Koordinate. Wenn man nun in einer Ebene, z.b. die des Zeichenblatts, zeichnen möchte, werden nur die Achsen eins und zwei bewegt, die vierte Achse dient der Rotation um den TCP, was bei unserem mittig eingespannten Bleistift keine Auswirkungen hat. Es ist egal ob man nun mit einer Linearbahn oder einer PTP-Bahn in dieser Ebene verfährt,

6 6/10 vom da nur die Achsen eins und zwei verändert werden müssen. Dies kann man auch erkennen wenn man sich die Annordung der Achsen des SCARA genau anschaut. Siehe Versuch 2 Programmierübung: Adept Cobra. Bei dem Reis, ist es nun so, dass die Achsen auf eine andere Art angeordnet sind. Dadurch ist es nicht möglich bei einer PTP-Bewegung nur eine bestimmte Anzahl von Achsen zu bewegen, um den TCP innerhalb einer festen Ebene zu halten. Denn wie bereits erwähnt, sind die Achs- bzw. Gelenkbewegungen bei der PTP-Bewegung zufällig und nicht vorhersehbar. Bei dem SCARA ist diese Tatsache nicht von belang, da der TCP auch bei der PTP-Bewegung in einer festen Ebene bleibt. Aufgabe 4.3 Programmierbeispiel: Roboterbewegung mit Überschleifen <keine Dokumentation> Programm: Siehe Versuchsvorbereitung Aufgabe 3.3 Aufgabe 4.4 Programmierbeispiel: Abfahren einer vorgegebene Bahn Handhabungsaufgabe -> siehe folgende!

7 Handhabungsaufgabe Abfahren einer vorgegebenen Bahn 7/10 vom Folgende Figur soll mit dem Roboter Reis RV6 gezeichnet werden: Fahren sie von Pose 1 beginnend die nummerierten Wege ab. Die letzte Bewegung soll wieder zur Hilfsposition sein. Der untere Teil der Figur ist ein Quadrat mit der Kantenlänge 200mm und das Dach darüber ist halb so hoch wie das Quadrat. Die Koordinaten von Pose 2 sind: X: -190; Y: -740; Z: -67 (Einheit: mm). Pose 1 ist eine Hilfsposition, die ca. 2 cm über dem Papier in der Mitte von Pose 2 und Pose 6 liegt. Die Orientierung ist in allen Positionen gleich, mit den folgenden Werten für die Winkel: A: -90,0 ; B:0,0 ; C:-179,0. Für die Gelenkwinkel gilt an jeder Position: Vz1: 1; Vz2: 1; Vz3: 0; Vz4: 1; Vz5: 0; Vz6: 1. Überlegen Sie, mit welchen Bewegungsarten Sie welche Bahnen fahren. Programmieren sie für die Beschleunigung den Wert 70% und für die Geschwindigkeit den Wert 0,2 m/s. Fahren sie zuerst die Figur ohne Überschleifen. Nun schalten sie das Überschleifen ein und fahren auf dem selben Papier die Figur zuerst mit 50% Überschleifen und danach mit 100% Überschleifen ab. Das Überschleifen beginnt nach dem ersten Durchfahren von Pose 2 und endet bevor sie das letzte Mal Pose 6 durchfahren. Zuletzt fahren sie die Figur ab, wobei die einen Radius von 25mm als Überschleifkugel programmieren.

8 Lösung der Aufgabe 8/10 vom Wir haben folgende Koordinaten berechnet: Name X(mm) Y(mm) Z(mm) A( ) B( ) C( ) Pose Pose Pose Pose Pose Pose Als nächstes haben wir das Programm in der Offlineprogrammierung geschrieben und anschließend ausgeführt. Das Ergebnis ist in Anhang (1) zu sehen. ACHTUNG!!! Wir haben eine andere Reihenfolge gewählt, als es in der Aufgabenstellung vorgegeben war. Wir bitten dies zu beachten. Des Weiteren weisen wir darauf hin, dass wir die Werte die Konstant bleiben, der besseren Übersicht wegen, durch *** ersetzt haben. *** A:-90.0,B:0.0,C:-179.0,Vz1:1,Vz2:1,Vz3:0,Vz4:1,Vz5:0,Vz6:1 Programmcode: HP ABC WERKZEUG Variable:T BEWEG_ART #CP_LIN GESCH_CP [mm/s]:200 BESCH_CP [%]:70 POSITION #N,X:-90.0, Y:-740.0, Z:-47.0 *** POSITION #N,X:-190.0,Y:-740.0, Z:-67.0 *** UEBER_CP [%]:100 RAD_CP Radius[mm]:25 POSITION #N,X:-190.0,Y:-940.0, Z:-67.0 *** POSITION #N,X:10.0, Y:-940.0, Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-190.0,Y:-740.0, Z:-67.0 *** POSITION #N,X:10.0, Y:-740.0, Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-190.0,Y:-940.0, Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-90.0, Y: ,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:10.0, Y:-940.0, Z:-67.0 *** UEBER_CP [%]:0 RAD_CP Radius[mm]:25 POSITION #N,X:10.0, Y:-740.0, Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-90.0, Y:-740.0, Z:-47.0 *** ENDE Bemerkungen: -> Vorgabe der Laboringeneure -> Bewegungsart CP Linear Bahn (notwendig) -> Geschwindigkeit 200mm/s (Vorgabe) -> Beschleunigung 70% (Vorgabe) -> anfahren der Startposition -> ansetzten des Bleistifts -> Überschleifen mit 100% (Vorgabe) -> Überschleifen über Kugel 25mm (Vorgabe) -> Überschleifen aus (Vorgabe) -> Zurück zur Startposition -> Programmende

9 Eigene Übung 9/10 vom In eigener Initiative haben wir es uns zur Aufgabe gemacht, ein Strichmännchen zu zeichnen. Wir wollten hier einmal die Zirkularbahn anwenden und testen. Die Berechneten Koordinaten haben wir nicht aufgeführt. Bei Interesse können diese ja aus dem untenstehenden Programm entnommen werden. Als nächstes haben wir das Programm in der Offlineprogrammierung geschrieben und anschließend ausgeführt. Das Ergebnis ist in Anhang (2) zu sehen. ACHTUNG!!! Wie weisen darauf hin, dass wir auch hier die Werte die Konstant bleiben, der besseren Übersicht wegen, durch *** ersetzt haben. *** A:-90.0,B:0.0,C:-179.0,Vz1:1,Vz2:1,Vz3:0,Vz4:1,Vz5:0,Vz6:1 Programmcode: HP ABC WERKZEUG Variable:T BEWEG_ART #PTP GESCH_PTP [%]:50 BESCH_PTP [%]:70 POSITION #N,X:-90.0,Y:-980.0,Z:-47.0 *** BEWEG_ART #CP_LIN GESCH_CP [mm/s]:200 BESCH_CP [%]:70 POSITION #N,X:-90.0,Y:-980.0,Z:-67.0 *** BEWEG_ART #CP_ZIRK1 POSITION #N,X:-120.0,Y: ,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-90.0,Y: ,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-60.0,Y: ,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-90.0,Y:-980.0,Z:-67.0 *** BEWEG_ART #CP_LIN POSITION #N,X:-90.0,Y:-840.0,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-190.0,Y:-740.0,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:-190.0,Y:-740.0,Z:-47.0 *** POSITION #N,X:-190.0,Y:-940.0,Z:-47.0 *** POSITION #N,X:-190.0,Y:-940.0,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:10.0,Y:-940.0,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:10.0,Y:-940.0,Z:-47.0 *** POSITION #N,X:-90.0,Y:-840.0,Z:-47.0 *** POSITION #N,X:-90.0,Y:-840.0,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:10.0,Y:-740.0,Z:-67.0 *** POSITION #N,X:10.0,Y:-740.0,Z:-47.0 *** ENDE Bemerkungen: -> Vorgabe der Laboringeneure -> Auswahl PTP Bahn -> Geschwindigkeit 50% -> Beschleunigung 70% (Vorgabe) -> Anfahren der Startposition -> Bewegungsart CP Linear Bahn -> Geschwindigkeit 200 mm/s -> Beschleunigung 70% -> ansetzten des Bleistifts -> Auswahl der Zirkularbahn für Kopf -> erste Zwischenposition -> erste end-, zweite Startposition -> zweite Zwischenposition -> zweite Endposition -> Auswahl CP Linearbahn für den Körper -> Programmende

10 Quellenangaben 10/10 vom Laborskripte: Programmierübung am Reis RV6 (Prof. Dr. A. Weigl-Seitz) Literatur: Industrieroboter Methoden der Steuerung und Regelung (Dr.-Ing. Wolfgang Weber, Fachbuchverlag Leipzig) Anhänge: Originale aus dem Labor Die Original Ausdrucke der Programme aus dem Labor und die erstellten Plots durch den Roboter, sind im Folgenden angehängt.