Handhabungstechnik mit Robotertechnik

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1 Jörg Bartenschlager Hans Hebel Georg Schmidt 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Handhabungstechnik mit Robotertechnik Funktion, Arbeitsweise, Programmierung Mit 324 Bildern und 45 Tabellen vieweg

2 VI Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen der Fertigungsautomatisierung ' Der Begriff Handhaben ' Funktionen des Handhabens Symbolische Darstellung von Handhabungsaufgaben Handhabungseinrichtungen Manipulatoren Teleoperatoren Balancer Einlegegeräte Spezialgeräte/-maschinen Industrieroboter 15 2 Grundlagen der Robotertechnik Geschichtliche Entwicklung des Robotereinsatzes Definitionen des Industrieroboters Systemkomponenten eines Industrieroboters Kenngrößen eines Industrieroboters Mechanische Systemgrenzen Raumaufteilung : Belastung'skenngrößen Kinematische Kenngrößen Genauigkeitskenngrößen Einsatzbereiche und Anwendungsbeispiele von Industrierobotern 30 3 Kinematik des Roboters Achsen Freiheitsgrade Bestimmung der Achsbezeichnungen Bauarten, Arbeitsräume und Einsatzbereichc Lineararm-Roboter/Portalroboter Schwenkarm-Roboter Knickarm-Roboter 50 4 Roboter-Antriebe Allgemeines Gleichstromantriebe Aufbau des Scheibenläufermotors Drehzahlregelung des Scheibenläufermotors Lage- und Drehzahlerfassung Drehstrom-Servoantriebe Servoantrieb mit Synchronmotor Servoantrieb mit Asynchronmotor Blockschaltbild eines kompletten Drehstrom-Servoantriebes 65

3 Inhaltsverzeichnis VII 5 Meßsysteme Aufgaben von Meßsystemen Wegmeßsysteme Inkrementale Wegmeßsysteme Absolute Wegmeßsysteme Geschwindigkeitsmeßsysteme 83 6 Greifer/ Grundbegriffe Funktionen des Greifers Teilsysteme von Greifern Das Trägersystem (Flansch) Das Antriebssystem Das kinematische System Das Wirk- bzw. das Haltesystem Das Steuerungs- und Sensorsystem Das Schutzsystem Einteilung der Greifer Übersicht über mögliche Gliederungsprinzipien Gliederung nach dem Wirkprinzip Gliederung nach Anzahl der Greifobjekte Gliederung nach der Anzahl der Wirkorgane Beschreibung des Greifprinzips wichtiger Greiferarten :1 " Sauggreifer Magnetgreifer Adhäsionsgreifer Mechanische Greifer Nadelgreifer Sonstige Greiferarten Flexibilität von Greifern Flexible Greifer und flexible Greiferbacken Greiferwechselsysteme..." Roboter-Steuerung Grundlagen Koordinatensysteme und -transformationen.' Grundlagen Roboter-Koordinatensysteme Steuerungsarten Punktsteuerung Streckensteuerung Multipunktsteuerung Bahnsteuerung '. 142

4 VIII, Inhaltsverzeichnis 8 Sensoren Allgemeines Begriffsdefinition Sensorordnung (nach Grabnitzki) Induktive Sensoren Grundlagen Technische Begriffe, Definitionen (DIN EN 50010, 50032, VDE0660) r Schaltzeiten des Sensors Bauformen Elektrische Daten 171 x Elektrische Schutzmaßnahmen Reihen- und Parallelschaltung Merkmale des induktiven Sensors Kriterien für den praktischen Einsatz Gegenseitige Beeinflussung von induktiven Sensoren Schnittstellen induktiver Sensoren NAMUR-Sensoren (DIN 19234) Kapazitive Sensoren..~ Sensoraufbau Schaltabstand bei kapazitiven Sensoren Material-Korrekturfaktor Merkmale kapazitiver Sensoren...:.' Anwendung Elektrische Daten Elektrische Schutzmaßnahmen Schaltungsarten Montagehinweise Gegenseitige Beeinflussung Applikationsbeispiele für induktive und kapazitive Sensoren Umgebungsbedingungen Umgebungstemperatur Schock-und Schwingbeanspruchung Fremdkörper und Staub Dichtigkeit Feuchte und Wasser 199 """" Chemische Einflüsse Elektromagnetische Einflüsse Sonstige Einflüsse Optoelektronische Sensoren Einleitung Physikalische Grundlagen Die Grundprinzipien 202

5 Inhaltsverzeichnis IX Die Einweg-Lichtschranke Die Reflexionslichtschranke Der Reflexionslichttaster Technische Besonderheiten Digitale Störaustastung : Ausführungsformen von optoelektronischen Sensoren "Empfehlungen Programmierung von Industrierobotern Aufgaben und Anforderungen an die Programmierung Verfahren zur Roboterprogrammierung Überblick Online-Programmierung Offline-Programmierung Programmierbeispiele Programmierbeispiel Mitsubishi Programmierbeispiel in der Programmiersprache BAPS Planung des Einsatzes von Industrierobotern Automatisierungsgerechte Produktgestaltung Methodische Vorgehensweise Arbeitsplatzanalyse und Auswertung Auswahl und Realisierung von Systemlösungen 242 _ 10,2.3 _ Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Realisierung Planungshilfsmittel Pflichtenheft.' Checkliste Planungssoftware Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Arbeitsschutzmaßnahmen Unfallquelle Industrieroboter Allgemeine Sicherheitsmaßnahmen Allgemeine Sicherheitshinweise (informelle Sicherheitsmaßnahmen) Betriebsanleitung Verpflichtung des Betreibers Verpflichtung des Bedienpersonals Organisatorische Maßnahmen Ausbildung des Bedienpersonals Vorbeugende Maßnahmen Sicherheitsanalyse Risikobewertung Sicherheitskategorien Schutzeinrichtungen Trennende Schutzeinrichtungen Mit Positionsschaltern erreichbare Sicherheitskategorien 267

6 X. Inhaltsverzeichnis 11.7 Sicherheitssensoren zur Überwachung beweglicher Schutzeinrichtungen Funktionsprinzip Funktionsweise Auswerteeinheit mit dreifach redundantem Aufbau Erzielbare Sicherheitskategorien mit Sicherheitssensoren Schutzeinrichtungen mit Annäherungsreaktion Berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen (BWS) Schaltmatten Betriebsbedingte Schutzmaßnahmen Automatikbetrieb Programmierung des IR Regelmäßige Inspektion und Wartung Sicherheitsvorschriften für IR Beispiele für Schutzeinrichtungen 284 A Kinematische Beschreibung von Industrierobotern 287 A.l Einführung 287 A.2 Mathematische Grundlagen 289 A.3 Roboterachsenbeschreibung nach Denavit und Hartenberg 297 A.4 Beschreibung der Roboterkinematik nach Paul 299 A.5 Vorwärts- und Rückwärtstransformation beim Zweiarmmanipulator 308 A5.1 Vorwärtstransformation 309 A5.2 Rückwärtstransformation 311 B Bahnberechnungen B.l Grundlagen 314 B.2 Industrieroboter mit maximal drei Achsen 315 B.2.1 Dreiachsiger Roboter mit kartesischem Arbeitsraum 316 B.2.2 Dreiachsiger Roboter mit zylindrischem Arbeitsraum 316 B.2.3 Dreiachsiger Roboter mit kugelförmigem Arbeitsraum 318 B.3 Punktsteuerungen für mehr als drei Achsen 319 B.3.1 Interpolation für eine einzelne Achse 319 B.3.2 Kopplung mehrerer Achsen 327 B.4 Bahnsteuerungen für mehr als drei Achsen 330 C Beispiele ausgeführter Roboter 334 C.l Portalroboter der Firma DÜRR 334 C.2 Scara-Roboter der Firma BOSCH 337 C.3 Knickarmroboter der Firma KUKA 339 C.4 Industrieroboter der Firma REIS 341 D Beispielprogramm Geraden interpolation 342 D.l Programmablaufplan 342 D.2 FORTRAN-Programm 345 Literaturverzeichnis 351 Sachwortverzeichnis 354