Toolbox komplett vorbereitet mit vollwertigem Robotik-Kern Einfach parametrieren anstelle von programmieren - wirautomatisierer

Toolbox komplett vorbereitet mit vollwertigem Robotik-Kern

Einfach parametrieren anstelle von programmieren

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Die Robotik steigert die Flexibilität – doch Maschinen- und Anlagenbauer wollen gleichzeitig den Engineeringaufwand senken, insbesondere bei der Software. Ziel ist es, zu parametrieren, wie die spezifische Bewegung des Roboters auszusehen hat – und nicht diese zu programmieren. Der Automatisierungsspezialist Lenze setzt hier mit der Application Software Toolbox Fast an, die dazu einen vollwertigen Robotik-Kern bereitstellt.

Der Autor: Detlef Stork, Technologiemanager Motion, 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 – insbesondere auch der Verpackungsbranche – wächst massiv. Unabhängig davon, welche Kinematik dabei zum Einsatz kommt: Es geht immer darum, eine Bewegung in einem mehrdimensionalen Raum zu erzeugen. Dieses kann entweder in Form linearer Zusammenhänge eines Portalsystems erfolgen oder auch nichtlinear wie in einem Delta-Roboter. Es ist die jeweilige Applikation, die darüber entscheidet, welcher Weg jeweils der richtige ist.
Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Robotern in der Fertigung brauchen Maschinenbauer dabei Technik, die sich flexibel und möglichst einfach an die jeweiligen Aufgaben anpassen lässt. So verschaffen etwa standardisierte und wiederverwendbare Softwaremodule den Programmierern mehr Luft für die Entwicklung und den Test besonderer Maschinenfunktionen. Dieses ‚Konzentrieren auf das Wesentliche‘ sichert den eigenen Technologievorsprung, sorgt beim Kunden für Begeisterung und schafft damit wichtige Kaufanreize. Lenze hat deswegen fertig programmiert Softwaremodule für wiederkehrende Antriebsaufgaben entwickelt – die Application Software Toolbox Fast. Die Fast-Technologiemodule nutzen die gleichen standardisierten Schnittstellen, können beliebig und leicht kombiniert und mit eigenen selbst erstellten Komponenten ergänzt werden. Neu im Portfolio sind komplette vorbereitete Robotiklösungen, die die Integration von Robotern in die Gesamtautomatisierung und deren Bewegungssteuerung vereinfachen. Robotik und Motion sind in den Fast-Robotik-Modulen vereint – proprietäre Systeme und aufwendige Schnittstellenprogrammierung entfallen. Auch Schnittstellen für Kamerasysteme, die die zu handhabenden Objekte detektieren, sind enthalten.
Pick&Place ohne Robotik-Kenntnisse ausführen
Lenze bietet Technologiemodule zum Beispiel für Pick&Place-Applikationen sowie die entsprechende Koordinatentransformation für unterschiedliche Kinematiken. So integriert ein neues Modul der Application Software Toolbox Fast einen leistungsfähigen Robotik-Kern mit sechs Freiheitsgraden, der in dieser Form wirklich neuartig ist. Er stellt höchste Freiheitsgrade bei der Bahnplanung durch PLCopen Part 4 sicher und macht es zugleich möglich, Pick&Place-Bewegungen nur durch Parametrierung einfach und ohne Robotik-Kenntnisse auszuführen.
Lenze teilt im neuen Modul 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, denn sollte sich die Kinematik einmal ändern, kann das komplette Programm bestehen bleiben. Man muss lediglich parametrieren, nicht umprogrammieren.
PLCopen-Befehlssatz erweitert
Der Robotik-Kern unterstützt die klassischen Bewegungsbefehle: linear, zirkular, Spline und Point-to-point. Diese Bewegungsbefehle nach PLCopen Part4 stehen in einer IEC-61131-Programmierumgebung zur Verfügung. Mit den PLCopen-Funktionalitäten ‚Buffer-Mode‘ und ‚Blending‘ werden Funktionen wie ‚Look-Ahead‘ und Verschleifen der Bewegung realisiert. Um den spezifischen Anforderungen der Robotik gerecht zu werden, hat Lenze den PLCopen-Befehlssatz dazu um einige spezifische Funktionen erweitert.
Verfügbar sind integrierte Kinematikmodelle für Delta2-, Delta3-, Knickarm-, Scara- sowie verschiedene Arten von Portalrobotern. Zusätzlich zu den bis zu sechs Hauptachsen können Hilfsachsen angesteuert werden, wodurch insbesondere geschwindigkeitsabhängige Prozesse – wie Klebstoffauftrag oder Schweißkopfführung – einfach umgesetzt sowie jegliche Arten von Werkzeugen am TCP (ToolCenterPoint) betrieben werden können. Auch eine Synchronisation des Roboters auf ein Förderband, beispielsweise zum Greifen von bewegten Objekten, ist möglich.
In der Summe sind damit alle notwendigen Elemente zur Lösung einer 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. Ein 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 notwendig.
Standardisiert und wiederverwendbar
Das Konzept unterstützt insofern die Modularisierung von Maschinen. Die Komplexität der Aufgabe wird in Teilaufgaben heruntergebrochen und folglich reduziert. 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. Die OMAC-Variante des Application Templates ermöglicht es Verpackungsmaschinenbauern, ihre Applikationen nach dem PackML-Standard umzusetzen. Kundenspezifische Programmbestandteile können ebenso einfach wie die Technologiemodule in das Application Template integriert werden.
Robotik-Applikationen können mit Lenze-Fast-Bausteinen durch einfache Parametrierung anstelle der Programmierung auf einem Controller umgesetzt werden. Nachdem der Controller auch die Steuerung einer weiteren Achse der Anlage und des Prozesses übernehmen kann, entfällt die Programmierung aufwändiger Schnittstellen. Der Engineeringprozess wird einfacher und durchgängig; Schulungs-, Programmier-, Inbetriebnahme- und Testaufwände lassen sich deutlich reduzieren. Ein Ansatz, den Lenze schon seit einigen Jahren mit seiner Fast Application Software Toolbox vorantreibt, beispielsweise für Applikationen wie Wickeln, Querschneiden, Fördern, Vereinzeln, Gruppieren oder Siegeln. Wie einfach das Ganze ist, belegt die Arbeit mit dem Lenze-Entwicklungstool PLC-Designer, das auch eine Visualisierung zum Testen mitbringt. Für eine Pick&Place-Bewegung muss der Kunde eben nur das Kinematikmodell auswählen, das Technologiemodul im Programm aufrufen und parametrieren – schon kann das Pick&Place starten. Eine komplexe Pick&Place-Bewegung wird damit so einfach wie eine Einzelachsbewegung zum Positionieren.
Noch ist es gängige Praxis, dass Maschinenbauer fertige Kinematiken kaufen und komplett selbst programmieren oder komplette proprietäre Roboterlösungen verwenden und in ihre Anlagen integrieren. Bei der Nutzung kompletter Roboter gilt es aber, die Robotersteuerung mit allen Fragen der Durchgängigkeit von Software, Kommunikation und Engineeringtools zu integrieren. Bei der Nutzung freier Kinematiken hingegen ist die komplette 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 damit die klassische Motion Control und Robotersteuerung zusammen. co
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