Sensorgesteuerte Bahnführung für Industrieroboter

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Beschreibung der Projektarbeit

3 Theoretische Grundlagen

4 Aufbau des Sensors und des A/D-Wandlers

5 Vorgehensweise

6 Ergebnisse

7 Das neue eingefügte Programm

Quellennachweis

1. Einleitung

Heutzutage ist die Robotertechnik aus der Industrie nicht mehr wegzudenken. Mechanische Abläufe, die vor 15 Jahren noch manuell durchgeführt wurden, werden jetzt nur noch von Industrierobotern, und zudem noch mit höherer Genauigkeit, ausgeführt.

Ein Industrieroboter hat viele Vorteile. Er kann schwere Aufgaben oder Akkordarbeit mit Genauigkeit, Präzision, Einfachheit, Sicherheit und Schnelligkeit durchführen, kann dabei aber nur programmierte Abläufe ausführen, also nicht denken. Um dieses Problem ein wenig zu umgehen, verwendet man in der Robotik Sensoren. Sie sind die Sinne der Industrieroboter. Mit ihnen kann der Roboter seine Umgebung kennen lernen, d.h. sie speichern und wieder abrufen. Im Falle dieser Projektarbeit ersetzt der optische Sensor den Tastsinn.

2. Beschreibung der Projektarbeit

Meine Aufgabe bestand darin, einen Sensor auf Anwendungsmöglichkeiten in der Robotik zu prüfen. Ich sollte herausfinden, ob er genügend Daten zur Anwendung für ein bereits bestehendes Roboterprogramm liefert, um den bis dahin verwendeten Kraft-/ Momentensensor zu ersetzen, ohne einen Verstärker zu benutzen. Des weiteren sollte ich den alten Sensor entfernen und den neuen in das bestehende „Labyrinthprogramm“ einfügen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Seitenansicht des Sensors

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Abb. 2: Draufsicht (RS 32 und Anschluss an Roboter)

3. Theoretische Grundlagen

Definition:

Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolgen und -wegen bzw. -winkeln frei (d.h. ohne mechanische Eingriffe) programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln (allgemein Effektoren) ausrüstbar und können Handhabungsund/oder Fertigungsaufgaben ausführen.

Kinematik:

Die Kinematik eines Roboters entspricht seiner mechanischen Grundstruktur, die im Wesentlichen aus allen beweglichen Elementen und ihren Verbindungsgliedern besteht. Diese Struktur entscheidet über die Geometrie seiner Bewegungen. Es lassen sich die Robotergelenke nach translatorischen und rotatorischen Freiheitsgraden in Schubgelenke (translatorische) und Drehgelenke (rotatorisch) einteilen. Damit ein Roboter sein Werkzeug an einem beliebigen Punkt in seinem Arbeitsraum positionieren kann, muss er über mindestens drei Freiheitsgrade verfügen. Nochmals drei Freiheitsgrade sind erforderlich, um das Werkzeug räumlich frei zu orientieren (Lage). Die meisten sechsachsigen Roboter kombinieren eine Auswahl aus translatorischen und rotatorischen Achsen zur Positionierung mit drei rotatorischen Achsen zur Orientierung.

In der Praxis haben sich im wesentlichen fünf Kinematikarten durchgesetzt:

- Gelenk (Knickarm)
- Gelenk (horizontal)
- Kartesisch
- Zylinder
- Kugel.

Koordinatensysteme:

Es liegt nahe, die Roboterbewegungen in roboterspezifischen Koordinaten (in Gelenkwinkeln und Translationswegen) zu beschreiben. Diese Beschreibung ist schwierig, da die Auswirkung einzelner Gelenkstellungsänderungen auf die Gesamtbewegung des Roboterwerkzeugs nicht ohne weiteres vorstellbar ist. Deshalb werden Position und Orientierung des Roboterwerkzeugs an den Bahnpunkten entweder in kartesischen Basis- oder Werkzeugkoordinaten spezifiziert, die für den Anwender leichter begreiflich sind. Zur Beschreibung der Position des Roboterwerkzeugs wird ein Arbeitspunkt TCP (Tool Center Point) als Werkzeugkoordinatenursprung festgelegt. Die Orientierung des Werkzeuges wird nach Angabe des TCP durch Drehungen A, B, C um jede der drei feststehenden Koordinatenachsen X, Y, Z dargestellt. Wichtig hierbei ist, um Mehrdeutigkeiten zu vermeiden, die Reihenfolge der Drehungen einzuhalten. Daneben gibt es nach „Lauffs“ noch andere Möglichkeiten der Orientierungsdefinition, die aber weniger anschaulich sind. Die Basiskoordinaten beziehen sich auf einen Punkt, der meist zentriert in der Aufstellungsfläche des Roboters zu finden ist. Heutige Steuerungen lassen dem Anwender die Wahl zwischen roboterspezifischer Basis und Werkzeugkoordinaten. Dadurch vereinfacht man die Bewegungsführung des Roboters über Richtungsfahrtasten oder Steuerknüppel.

Der SCARA-Roboter

Der SCARA-Roboter (Selective Compliance Assembly Robot Arm) wird auch als horizontaler Knickarm-Roboter bezeichnet und ähnelt vom Aufbau dem menschlichen Arm. Am Ende des Armes befindet sich eine Z-Achse, die sich unabhängig zur senkrechten Bewegung drehen lässt (U-Achse). Dieser Robotertyp wurde speziell für Pick-and-Place-Anwendungen entwickelt und bietet unter seitlicher Kraftweinwirkung eine gewisse Nachgiebigkeit in XY- Richtung. Diese, im übrigen herstellerunabhängige Eigenschaft, grenzt den SCARA klar vom kartesischen Manipulator ab.

Aufgrund dieses Konstruktionsprinzips werden die Roboter vorzugsweise im Montage- und Handling-Bereich eingesetzt. Die extrem hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen helfen dem Anwender, in seinen Applikationen sehr kurze Zykluszeiten und schnelle Abläufe zu realisieren. Damit wird ein hoher Output pro Stunde erreicht.

4. Aufbau des Sensors

Der Sensor, den ich zu prüfen hatte, ist ein taktiler Sensor. Er besteht aus einem mit Federn zentrierten Ring, durch den ein Stab als Taster läuft. In seinem Gehäuse befinden sich 4 Leuchtdioden und 4 Photosensoren, die rechtwinkelig zueinander und gegenüber angeordnet sind.

Wenn jetzt der Stab eine Auslenkung erfährt, schiebt er den Ring, der sich zwischen Dioden und Photosensoren befindet entweder weiter über die Sensoren, so dass sie weniger Licht aufnehmen und der Widerstand größer wird, oder er gibt Dioden frei, und es gelangt mehr Licht an die Sensoren, so dass der Widerstand geringer wird.

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Abb. 3: Blick in den Sensor auf die

Leuchtdioden Deckel

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Abb. 4: Blick auf die Photosensoren im

Die Leuchtdiode

Die Leuchtdiode, auch LED (Light Emitting Diode) genannt, ist eine Halbleiterdiode, die beim Betrieb in Durchlassrichtung Licht erzeugt (emittiert). Dabei gibt ein Halbleiterkristall ein Lichtsignal ab, das durch die linsenförmige Form des Kopfes gebündelt bzw. gestreut wird. Leuchtdioden gibt es in verschiedenen Farben, Größen und Bauformen. Deshalb werden sie auch als Signallampen und Anzeigen verwendet. Dieses Bauteil ist je nach Farbe aus unterschiedlichen Halbleiterkristallen aufgebaut. Sie funktioniert dabei wie jede andere Halbleiterdiode auch.

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