Table Of ContentHorst H. Raab
Handbuch
I ndustrieroboter
Horst H. Raab
Handbuch
Industrieroboter
Bauweise . Programmierung
Anwendung · Wirtschaftlichkeit
2., neubearbeitete und erweiterte Auflage
mit 328 Bildern und 293 maBstabsgerechten
Arbeitsraumen
Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig I Wiesbaden
Professor Dip!.-I ng. Horst H. Raab lehrt an der Fachhochschule Wiesbaden
(Fachbereich Maschinenbau) in Russelsheirn.
Das Urnschlagbild zeigt den Einsatz von sechs Industrierobotern vorn Typ VW R 30 beirn
PunktschweiBen hangend an einer Station der RohkarosserieschweiBstraBe fur den Audi 100
in I ngolstadt.
Zeichnung: Rudolf Singer
1. Auflage 1981
2., neubearbeitete und erweiterte Auflage 1986
Aile Rechte vorbehalten
© Friedr. Vleweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH. Braunschweig 1986
Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 1986
Das Werk einschlieBlich aller seiner Telle 1st urheberrechtlich geschutzt. Jede Ver·
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stimmung des Verlags unzulasslg und strafbar. Das gilt insbesondere fur Verviel
f<iltigungen. Ubersetzungen. Mikroverfllmungen und die Elnspeicherung und
Verarbeitung In elektronischen Systemen.
Satz: Vleweg. Braunschweig
Druck: Lengencher Handelsdruckerei. Lengerich
Buchbindensche Verarbeltung: W. Langluddecke. Braunschweiq
ISBN-13:978-3-528-18481-0 e-ISBN-13:978-3-322-83600-7
001: 10.1007/978-3-322-83600-7
v
Vorwort zur 2. Auflage
Die vorliegende 2. Auflage des Handbuches I ndustrieroboter wurde in allen Kapiteln sorg
faltig uberarbeitet. Das gilt besonders fur die inzwischen durch die VDI-Richtlinien ein
setzende Normung, fur den Steuerungsaufbau, die im Anhang in einem einheitlichen Ma~stab
dargestellten I ndustrieroboter-Arbeitsraume und die Literatu rhi nweise.
Prinzipiell wurde an dem Aufbau des Buches nichts geandert, weil es sich in dieser Form
bewahrt hat. Nicht mehr gebaute Gerate wurden aus den Tabellen nicht entfernt, weil sie
nach wie vor in der Industrie im Einsatz sind. Ebenso wurden Untersuchungen vergangener
Jahre nicht herausgenommen, sondern weitergefuhrt, um die Entwicklung von Einflu~para
metern aufzuzeigen. Speziell fur Antrieb, Programmierung, Genauigkeit und andere Bau
gr6~en zeichnet das Handbuch Trends auf, die eine Extrapolation fur die Zukunft zulassen.
Gro~es Gewicht wurde auf die Anwendungsbeschreibung von Industrierobotern gelegt. Eine
Vielzahl von Applikationen zeigt die Einsatzm6glichkeiten von I ndustrierobotern und
Sensoren.
Nicht behandelt wurde der soziale Aspekt des Handhabungssystems "I ndustrieroboter", weil
das nicht die Aufgabe eines technischen Fachbuches sein kann.
Bedingt durch ihre Greifeinrichtungen, ihre Programmierung, ihren Arbeitsraum und andere
Parameter sind I ndustrieroboter Gro~serienmaschinen, d. h. sie erlauben augenblicklich nur
ein flexibles Automatisieren von gro~en Stuckzahlen.
In diesem Sinne will das Handbuch aufklaren und exemplarisch die M6glichkeiten und
Grenzen des Fertigungs-und Bewegungssystems "I ndustrieroboter" aufzeigen.
An dieser Stelle danke ich besonders herzlich Herrn Langfeld vom Vieweg Verlag fur seine
Muhe um das Zustandekommen der 2. Auflage.
Bischofsheim, Dezember 1985 Horst H. Raab
VI
Inhaltsverzeichnis
1 Definitionen .............................................. .
1.1 Handhabung ............................................ 1
1.2 Manipulatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Einlegegerate 9
1.4 I ndustrieroboter ......................................... 10
2 Grunde fur den Einsatz von Industrierobotern .................... 11
2.1 Technische Griinde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13
2.2 Soziologische Griinde ...................................... 14
2.3 Wirtschaftliche Griinde ..................................... 17
2.4 I ndustrial Relations im Zeichen des Einsatzes von I ndustrierobotern ....... 17
3 Aufbau von I ndustrierobotern ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
3.1 Aufbau des Handhabungsgerates .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22
3.1.1 Bauarten .......................................... 24
3.1.2 Fiihrungen und Verbindungen ............................ 26
3.1.3 Baukastensysteme .................................... 30
3.1.4 Sicherheitseinrichtungen ................................ 35
3.2 Steuerungsaufbau ........................................ 37
3.2.1 Informationsteil ..................................... 45
3.2.1.1 Informationseingabe............................. 45
3.2.1.2 Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48
3.2.1.3 WegmeB·Systeme .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51
3.2.2 Energieteil ......................................... 54
3.3 Antriebsarten ........................................... 55
3.3.1 Hydraulische Antriebe ................................. 58
3.3.2 Pneumatische Antriebe ................................. 60
3.3.3 Elektrische Antriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61
3.4 Steuerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 75
3.4.1 Foigesteuerung ...................................... 75
3.4.2 PTP-Steuerung ...................................... 76
3.4.3 MP-Steuerung ....................................... 78
3.4.4 CP-Steuerung ....................................... 78
3.4.5 CNC ............................................. 79
3.4.6 DNC ............................................. 80
I nhaltsverzeichnis V II
3.5 Leistungsdaten .......................................... 81
3.5.1 Freiheitsgrade ....................................... 81
3.5.2 Arbeitsraum ........................................ 83
3.5.3 Genauigkeitskenngr6~en ................................ 87
3.5.4 Tragfahigkeit ....................................... 93
3.5.5 Ausnutzungsgrad ..................................... 94
3.5.6 Geschwindigkeit des Manipulatorarmes ...................... 97
3.6 Greifeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 100
3.6.1 Greifeinrichtungen zur Werkstuckhandhabung .. . . . . . . . . . . . . . . .. 101
3.6.2 Werkzeughandhabung durch Greifeinrichtungen ................ 112
3.7 Sensoren .............................................. 112
3.7.1 Sensoren mit Kontrollfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 115
3.7.2 Sensoren mit Tastfunktion .............................. 116
3.7.3 Sensoren mit Erkennungsfunktion ......................... 125
3.8 Peripherie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 134
4 Anwendung freiprogrammierbarer Manipulatoren ................ 138
4.1 Schwei~technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 139
4.1.1 Punktschwei~en ..................................... 140
4.1.1.1 Punktschwei~en von PKW-Seitenteilen ................. 144
4.1.1.2 Punktschwei~en von PKW-Rohkarosserien .............. 146
4.1.1.3 Punktschwei~en von Karosseriehinterteilen . . . . . . . . . . . . .. 146
4.1.1.4 Punktschwei~en von Karosserieunterbauten ............. 147
4.1.1.5 Punktschwei~en von Herdgestellplatten ................ 149
4.1.2 Lichtbogenschwei~en .................................. 149
4.1.2.1 Lichtbogenschwei~en von PKW·Hinterachsen ............ 151
4.1.2.2 Lichtbogenschwei~en von Vorderradachstragern .......... 154
4.1.2.3 Lichtbogenschwei~en von PKW·Turen ................. 155
4.1.2.4 Ma~nahmen vor dem Lichtbogenschwei~en von
Werkstucken .................................. 156
4.2 Beschichttechnik ......................................... 156
4.2.1 Spritzlackieren ...................................... 157
4.2.2 Automatische Lackierstra~e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 157
4.2.3 Karosserielackierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 158
4.2.4 Plasmaspritzen ...................................... 158
4.2.5 PVC·Kleber auftragen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 159
4.3 Handhabungstechnik ...................................... 159
4.3.1 Be-und Entladen von Werkzeugmaschinen .................... 160
4.3.1.1 Drehautomat ................................. 161
4.3.1.2 Entgratanlage ................................. 164
4.3.1.3 Pressen ..................................... 165
4.3.1.3.1 Pre~maschine ......................... 165
4.3.1.3.2 Pressenstra~e 166
4.3.1.3.3 I ndustrieroboter beim E insatz in schnellen
Pressenstra~en ........................ . 168
4.3.1.3.4 Warmschmiedeanlage ................... . 169
4.3.1.3.5 Schmiedepresse ....................... . 170
4.3.1.3.6 Schmiedeanlage ................... . 171
VIII I nhaltsverzeichn is
4.3.1.4 GieBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 172
4.3.1.4.1 DruckgieBmaschine ..................... 172
4.3.1.4.2 SchleudergieBmaschine................... 172
4.3.1.5 Glasblaseinrichtung ............................. 173
4.3.1.6 LichtbogenschweiBmaschine ....................... 176
4.3.1.7 Kunststoffmaschine ............................. 177
4.3.1.8 Rontgenanlage ................................ 178
4.3.1.9 I ndustrieroboter scheren Schafe ..................... 178
4.3.1.10 I ndustrieroboter nieten Flugzeugteile ................. 178
4.3.1.11 Bedienung und Steuerung einer MeBstation . . . . . . . . . . . . .. 179
4.3.1 .12 I ndustrieroboter bei der Qual itatskontrolle . . . . . . . . . . . . .. 179
4.3.1.13 Justage von Fehlerstromschutzschaltern ................ 180
4.3.1.14Verkettungen ................................. 183
4.3.1.14.1 Verkettung einer Rotorgehausefertigung ....... 183
4.3.1.14.2 Verkettung einer Polgehausefertigung ......... 184
4.3.1.14.3 Verbindung von Forderrinnen .............. 184
4.3.2 Stapeln von Teilen .................................... 185
4.3.2.1 Kasten, Paletten ............................... 186
4.3.2.2 Handhaben und Stapeln von Hinterachsen .............. 187
4.3.2.3 Steine ...................................... 188
4.3.3 Kommissionieren .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 189
4.3.4 Montieren von Teilen .................................. 191
4.3.4.1 Leiterplattenmontage............................ 192
4.3.4.2 Radmontage .................................. 193
4.3.4.3 Gelenkwellenmontage .......................... " 193
4.3.4.4 Zylinderkopfmontage .......................... " 193
4.3.4.5 Schraubenmontage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 194
4.3.4.6 Montage von Karosserie· und Motorenbaugruppen ......... 194
4.3.4.7 Flexible automatische Montage kleiner Werkstiicke ........ 196
4.3.4.8 Kabelbaummontage ............................. 197
4.3.4.9 Freiprogrammierbares Montagesystem ................. 198
4.4 Bearbeitung von Teilen ..................................... 198
4.4.1 Schleifen .......................................... 200
4.4.2 Entgraten von Getriebegehausen ......................... .. 200
4.4.3 I ndustrieroboter mit integrierter Werkzeuglosung . . . . . . . . . . . . . . .. 201
4.4.4 Laserstrahlschneiden .................................. 201
4.4.5 Wasserstrahlschneiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 202
4.4.6 Plasmaschneiden ..................................... 202
4.4.7 Glasschneiden ....................................... 202
4.5 Sortieren von Teilen .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 203
4.5.1 Sortieren von Kleinteilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 203
4.5.2 Paketsortieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 204
4.5.3 Griff in die Kiste ..................................... 205
4.6 Industrieroboter, eingebunden im elM·Konzept .................... 205
4.7 Spezielle Anwendungsbereiche und zukiinftige Applikationsmoglichkeiten ... 208
4.8 Mobile Industrieroboter .................................... 209
4.8.1 Fahrbarer Industrieroboter .............................. 210
I nhaltsverzeichnis I X
5 Programmierung von Industrierobotern ........................ 212
5.1 Manuelle Dateneingabe ..................................... 218
5.2 Teach-in-Programmierung ................................... 221
5.3 Programmiersprachen ...................................... 226
5.3.1 Elementare Programmiersprachen .......................... 227
5.3.2 Problemorientierte Programmiersprachen ..................... 228
5.4 Signalverkehr zwischen Industrieroboter und Peripherie ............... 233
5.5 Koordinatentransformation .................................. 235
5.6 Speicherung von Bildern .................................... 238
5.7 Lerneffekt ............................................. 244
5.8 Erstprogrammierung - Wiederholprogrammierung ................... 244
6 Erfahrungen bei der Einfuhrung und dem Einsatz von
I ndustrierobotern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 246
6.1 Arbeitsplanung .......................................... 247
6.1.1 Manuelle Arbeitsplanung .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 249
6.1.2 Arbeitsplanung mittels EDVA ............................ 252
6.1.3 Planungsstudien im Rahmen der laufenden Produktionsplanung ...... 252
6.2 Prufprogramm fur I ndustrieroboter ............................. 256
6.3 Vorbeugende Instandhaltung ................................. 258
6.4 Flexibilitiitskriterien fur Industrieroboter ......................... 260
6.4.1 FlexibilitiitseinfluB Leistungsdaten des I ndustrieroboters . . . . . . . . . .. 260
6.4.2 FlexibilitiitseinfluB Greifeinrichtung ........................ 261
7 Wirtschaftlichkeitsvergleich mittels EOVA 262
7.1 Allgemeine Einfuhrung ..................................... 262
7.2 Rechnergestutzte Wirtschaftl ichkeitssimulation ..................... 263
7.3 Programmeingabe ........................................ 263
7.4 Programmausgabe ........................................ 264
7.5 Programmbeschreibung und EinfluBgroBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 265
7.6 I nformationsfluBdiagramm .................................. 269
7.7 Fallstudien ............................................. 271
7.7.1 Fallstudie 1 (Werkzeugmaschinenbeschickung) ................. 271
7.7.1.1 Variieren des Anschaffungspreises . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 273
7.7.1.2 Variieren der Bedienungsknifte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 273
7.7.1.3 Variieren der Lebensdauer des I ndustrieroboters .......... 274
7.7.1.4 Variieren der Auftragsstilckzahl ..................... 275
7.7.1.5 VariierenderStuckzeit ........................... 275
7.7.1.6 ErgebnisderFalistudie1 .......................... 277
7.7.2 Fallstudie 2 (PunktschweiBung einer PKW·Tur) ................. 277
7.7.2.1 Variieren der Anschaffungskosten ........ . . . . . . . . . . .. 281
7.7.2.2 Variieren der Lebensdauer des Industrieroboters .......... 282
7.7.2.3 Variieren der Betriebsstunden ...................... 283
7.7.2.4 Variieren der Lohnkosten ......................... 283
7.7.2.5 Variieren des Zinssatzes .......................... 284
7.7.2.6 Ergebnis der Fallstudie 2 .......... . . . . . . . . . . . . . . .. 284
7.8 Zusammenfassung ........................................ 285
x
I nhaltsverzeichnis
8 Ausblick 287
8.1 Koppelung mehrerer Gerate mittels ProzeBrechner .. . . . . . . . . . . . . . . . .. 287
8.2 Positonsbestimmung von Teilen ............................... 288
8.3 Mobile Handhabung ....................................... 289
8.4 Greifeinrichtungen ...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 290
8.4.1 Adaptive Greifeinrichtungen ............................. 290
8.4.2 Greifsysteme mit mehreren Freiheitsgraden ................... 291
8.5 Regeleinrichtungen fiir Lernschemata ........................... 291
8.6 Zukiinftige Einsatzmoglichkeiten .............................. 292
9 Anhang ................................................. 293
9.1 Tabelle mit Leistungsdaten der I ndustrieroboter .................... 293
9.2 Arbeitsniume von Industrierobotern ............................ 331
9.2.1 Quaderformige Arbeitsraume ............................. 332
9.2.2 Zylinderformige Arbeitsraume ............................ 352
9.2.3 Spharenformige Arbeitsraume ............................ 383
9.2.4 Torusformige Arbeitsraume .............................. 400
9.3 Obersicht iiber eine Anzahl von Sensoreinrichtungen ................. 425
Literaturverzeichnis .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 434
Herstellerverzeichnis 453
Sachwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 459
1 Definitionen
1.1 Handhaben
Nach den VDI-Richtlinien 2411 und 2860 ist das Handhaben eine Teilfunktion des Material
flusses (Bild 1.1)_
Handhaben ist das Schaffen, definierte Verandern oder voriibergehende Aufrechterhalten
einer vorgegebenen raumlichen Anordnung (z_ B_ Vorzugslage eines Werkstiickes) von geo
metrisch bestimmten Korpern in einem Bezugskoordinatensystem.
Eine Gliederung der Handhabungseinrichtungen zeigt Bild 1.2. Die VDI-Richtlinie 2860
spricht im einzelnen von Einrichtungen zum
Speichern
Mengenverandern
Bewegen
Halten
Priifen
Manipulatoren, Teleoperatoren, Einlegegerate und Industrieroboter gehoren danach zu den
Bewegungseinrichtungen.
MaterialfluB
Fordern Lagern (Speichern) Handhaben
VOl 2411 VOl 2411 VOl 2860
Bild 1.1 Handhaben als Teilfunktion des Materialflusses
Gliederungskriterium:
Hauptfunktion
I
I I I I I
Einnchtungen Einrichtungen Einrichtungen Einrichtungen Einrichtungen
zum zum Mengen- zum zum zum
Speichern veriindern Bewegen Halten Pnifen
I-Gurt t-Vereinzelungs- t-Orehein- -Greifer f-Prufein-
einrichtung nchtung richtung
Be i- I-Palette -Zuteiler r-Ordnungs- -Aufnahme r-MeBein-
sp iele: einrichtung richtung
I-Magazin -Weiche r-I ndustrie- -Spanner f-Sensor
roboter
_
....... - ....... .......
I--••••••• 1....-••••••• ~
Bild 1.2 Gliederung von Handhabungseinrichtungen in Gruppen nach Hauptfunktion
