Lenze Automatisieren ohne Roboterprogrammierer

Autor / Redakteur: Detlef Stork / Stefanie Michel

Wer Produkte in Losgröße 1 fertigen will, muss flexible Produktionsanlagen besitzen und kommt an Robotern kaum vorbei. Um diese in die Gesamtautomatisierung einzubinden, sind keine speziellen Programmierer mehr nötig, denn Applikationsmodule ermöglichen die Bewegungsplanung durch einfache Parametrierung.

Anbieter zum Thema

Selbst komplexe Pick-&-Place-Bewegungen lassen sich mit den Robotikmodulen so einfach wie eine Einzelachsbewegung umsetzen.
Selbst komplexe Pick-&-Place-Bewegungen lassen sich mit den Robotikmodulen so einfach wie eine Einzelachsbewegung umsetzen.
(Bild: Lenze)

Die zunehmende Individualisierung von Produkten führt zu immer kleineren Losgrößen in der Fertigung. Produktionsanlagen müssen folglich immer flexibler werden. Hier schlägt die Stunde der Roboter, da sie nicht an starre Bewegungsabläufe gebunden sind. Ihr Anteil in der industriellen Fertigung wächst massiv. Unabhängig davon, welche Kinematik dabei zum Einsatz kommt: Es geht immer darum, in einem Raum eine mehrdimensionale Bewegung zu erzeugen. Dieses kann entweder in Form linearer Zusammenhänge eines Portalsystems erfolgen oder auch nichtlinear wie bei einem Deltaroboter. Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Robotern in der Fertigung brauchen Maschinenbauer dabei Technik, die sich flexibel und möglichst einfach für die jeweilige Aufgabe anpassen lässt.

Lenze hat für wiederkehrende Antriebsaufgaben fertig programmierte Softwaremodule entwickelt: die Application Software Toolbox Fast. Darin enthalten sind komplett vorbereitete Robotiklösungen, die die Integration von Robotern in die Gesamtautomatisierung und deren Bewegungssteuerung vereinfachen. Beispielsweise stehen Technologiemodule für Pick-&-Place-Applikationen sowie die entsprechende Koordinatentransformation für unterschiedliche Kinematiken zur Verfügung. Das Robotikmodul integriert einen leistungsfähigen Robotikkern mit sechs Freiheitsgraden. Er stellt höchste Freiheitsgrade bei der Bahnplanung durch PLC-Open Part 4 sicher und macht es zugleich möglich, Pick-&-Place-Bewegungen nur durch Parametrierung einfach und ohne Robotikkenntnisse auszuführen.

Kundenspezifische Kinematiken ohne Robotik-Vorkenntnisse abbildbar

Lenze teilt die Robotik in Kinematik und Bahnplanung auf. Die geometrische Berechnung des Roboters, das kinematische Modell, wurde mit einem universellen Verfahren zur Koordinatentransformation in Zusammenarbeit mit Universitäten im Kern integriert. Dadurch sind kundenspezifische Kinematiken schnell und effizient ohne Vorkenntnisse der Robotik abzubilden. Die Bahn kann also unabhängig von der Kinematik geplant werden. Erst die Zuordnung des Kinematikmodells zu den bewegungserzeugenden Bausteinen weist dem Roboter die Bewegung zu. Das hat einen großen Vorteil: Sollte sich die Kinematik einmal ändern, kann das komplette Programm bestehen bleiben. Man muss lediglich parametrieren, nicht umprogrammieren.

Der Robotikkern unterstützt die klassischen Bewegungsbefehle: linear, zirkular, Spline und Point-to-Point. Diese Bewegungsbefehle nach PLC-Open Part 4 stehen in einer IEC61131-Programmierumgebung zur Verfügung. Mit den PLC-Open-Funktionalitäten „Buffer-Mode“ und „Blending“ werden Funktionen wie „Look-ahead“ und Verschleifen der Bewegung realisiert. Um den spezifischen Anforderungen der Robotik gerecht zu werden, wurde den PLC-Open-Befehlssatz um einige spezifische Funktionen erweitert.

Synchronisation des Roboters auf ein Förderband ist möglich

Lenze bietet integrierte Kinematikmodelle für Delta2-, Delta3-, Knickarm-, Scara- sowie verschiedene Arten von Portalrobotern an. Zusätzlich zu den bis zu sechs Hauptachsen können Hilfsachsen angesteuert werden, wodurch insbesondere geschwindigkeitsabhängige Prozesse, wie Klebstoffauftragung oder Schweißkopfführung, einfach umgesetzt sowie jegliche Arten von Werkzeugen am TCP (Tool Center Point) betrieben werden können. Auch eine Synchronisation des Roboters auf ein Förderband, beispielsweise zum Greifen von bewegten Objekten, ist möglich.

Damit sind alle notwendigen Elemente zur Lösung der Aufgabe im Technologiemodul und im Kinematikmodell enthalten. Es geht also nur noch darum, wie ein Bewegungsauftrag auszusehen hat, und nicht, wie ein Roboter zu programmieren ist. Weiterer Pluspunkt: Soll eine andere Kinematik eingesetzt werden, ist neben der mechanischen Integration nur der Austausch des entsprechenden Kinematikmodells mit Einstellung der notwendigen mechanischen Parameter erforderlich.

Standardisierte Technologiemodule verkürzen das Engineering

Das Konzept unterstützt insofern die Modularisierung von Maschinen und reduziert die Komplexität der Aufgabe, als sie in Teile heruntergebrochen wird. Maschinenmodule sind durch die standardisierten Technologiemodule sicher lös- und wiederverwendbar, was letztlich das Engineering verkürzt. Die Wiederverwendbarkeit und Qualität von Software wird verbessert und zudem können Testaufwände reduziert werden. Zur Umsetzung der modularisierten Aufgaben in der Steuerung hilft das in Lenze Fast enthaltene Application Template. Mit der OMAC-Variante dieses Templates können Verpackungsmaschinenbauer ihre Applikationen nach dem Pack-ML-Standard umsetzen. Kundenspezifische Programmbestandteile lassen sich ebenso einfach wie die Technologiemodule integrieren.

Robotikapplikationen können mit Lenze-Fast- Bausteinen durch einfache Parametrierung anstatt Programmierung auf einem Controller umgesetzt werden. Nachdem der Controller auch die Steuerung der weiteren Achsen der Anlage und des Prozesses übernehmen kann, entfällt die Programmierung aufwendiger Schnittstellen. Der Engineeringprozess wird einfacher und durchgängig, Schulungs-, Programmier-, Inbetriebnahme- und Testaufwände lassen sich deutlich reduzieren. Wie einfach das Ganze ist, belegt die Arbeit mit dem Entwicklungstool PLC-Designer, das auch eine Visualisierung zum Testen mitbringt. Für eine Pick-&-Place-Bewegung muss der Kunde zum Beispiel nur das Kinematikmodell auswählen, das Technologiemodul im Programm aufrufen und parametrieren – schon kann das Pick & Place starten. Damit wird eine komplexe Pick-&-Place-Bewegung so einfach wie eine Einzelachsbewegung zum Positionieren.

Klassische Motion Control und Robotersteuerung wachsen zusammen

Noch ist es gängige Praxis, dass Maschinenbauer fertige Kinematiken kaufen und selbst programmieren oder komplette proprietäre Roboterlösungen verwenden und in ihre Anlagen integrieren. Bei der Nutzung kompletter Roboter gilt es, die Robotersteuerung mit allen Fragen der Durchgängigkeit von Software, Kommunikation und Engineering-Tools zu integrieren. Bei der Nutzung freier Kinematiken hingegen ist die gesamte Programmierung durchzuführen. Genau an dieser Stelle setzt Lenze mit der Erweiterung seiner Application Software Toolbox Fast an und betrachtet Steuerungs- und Bewegungsfunktionen ganzheitlich. Auf der Hardwareseite wachsen die klassische Motion Control und die Robotersteuerung zusammen.

In den kommenden Jahren wird die Robotertechnik in Bereiche vordringen, die heute noch speziellen und aufwendigen mechanischen Lösungen vorbehalten sind. Auch Aufgaben, für die Standardroboter zu groß sind, können mit Mehrachskinematiken automatisiert werden. Die Flexibilität der Maschinen steigt, während die Engineeringaufwände im Bereich Mechanik, Elektrotechnik und insbesondere der Software sinken. Es wird nur noch darum gehen, wie die spezifische Bewegung des Roboters auszusehen hat, und nicht, wie ein Roboter zu programmieren ist.

Lenze auf der Hannover-Messe 2016: Halle 14, Stand H20

* Detlef Stork ist Technologiemanager Motion bei Lenze in 31855 Aerzen

(ID:43950460)