Handbuch Industrieroboter: Bauweise · Programmierung Anwendung · Wirtschaftlichkeit

278 Pages·1981·8.31 MB·German

by  Professor Dipl.-Ing. Horst H. Raab (auth.)

Horst H. Raab
Handbuch
Industrieroboter
Horst H. Raab
Handbuch
Industrieroboter
Bauweise . Programmierung
Anwendung . Wirtschaftlichkeit
Mit 274 Bildern
Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig / Wiesbaden
CI P-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Raab. Horst H.:
Handbuch I ndustrieroboter: Bauweise, Program
mierung, Anwendung, WirtschaftlichkeitlHorst H.
Raab. - Braunschweig, Wiesbaden: Vieweg, 1981.-
ISBN 978-3-663-00113-3 ISBN 978-3-663-00112-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-00112-6
Professor Dipl.-Ing. Horst H. Raab lehrt an der Fachhochschule Wiesbaden
(Fachbereich Maschinenbau) in Rüsselsheim.
Verlagsredaktion : Alfred Schubert
Alle Rechte vorbehalten
© Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1981
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1981
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Speicherung und jede Übertragung auf Papier, Transparente, Filme, Bänder, Platten und andere Medien.
Vorwort
Industrieroboter sind universelle Handhabungsgeräte mit mehreren Freiheitsgraden, die
freiprogrammierbar und damit leicht umrüstbar sind. Ihre Entwicklung wurde vornehmlich
durch zwei Tendenzen begleitet und geprägt:
Da ist einmal die Notwendigkeit, in der Fertigung eine immer größere Anzahl kleiner
werdender Losgrößen auch in der Handhabungstechnik zu automatisieren.
Da ist zum anderen der ungeheuere Fortschritt in der elektronischen Steuerungstechnik,
der zu erhöhter Flexibilität und besserer technischer Ausstattung der Industrieroboter
führte.
Eine Fülle von Veröffentlichungen befaßt sich mit allen Einzelheiten über Industrieroboter.
Das "Handbuch Industrieroboter" versucht dem an der Praxis orientierten Anwender diese
neue Technologie aus neutraler Sicht in einem möglichst umfassenden Stand zu umreißen.
Das kann, unter Voraussetzung eines vernünftigen Umfanges für dieses Buch, nur durch viele
Abbildungen, knappem Text, Tabellen und Übersichten sowie durch Beschränkung auf die
Anwendungsorientiertheit geschehen. Aus diesem Grunde wurden bewußt beim Datenteil
nur Industrieroboter aufgenommen, die vornehmlich in Deutschland vertrieben werden.
Nach Erörterung von Gründen für die Automatisierung mit Industrierobotern, befaßt sich
das Buch mit Vor- und Nachteilen der unterschiedlichen Bauteile und Bauweisen dieser
Geräte. Daran anschließend folgen Anwendungsfälle aus der Praxis. Nach Programmierung
und Einsatzplanung von diesen freiprogrammierbaren Handhabungsautomaten, wird schließ
lich an zwei konkreten Fallstudien ein Wirtschaftlichkeitsvergleich auf der elektronischen
Datenverarbeitung durchgeführt.
Zukünftigen Entwicklungen wird nur ein kurzer Ausblick gewährt. Dafür schließen umfang
reiche Tabellen und Abbildungen von maßstäblichen Arbeitsräumen aller gebräuchlichen
Geräte das Buch ab.
Gründe für eine Automatisierung von menschlichen Arbeitsplätzen durch Industrieroboter
werden im Kapitel 2 allein aus technischer Sicht behandelt. Das Buch vermeidet bewußt die
Diskussion ob eine Automatisierung heute und in Zukunft notwendig sein wird und was mit
den menschlichen Arbeitskräften, die durch I ndustrieroboter ersetzt werden, geschehen soll.
Dadurch werden philosophische, soziologische oder soziale Themen nicht berührt.
Um bei den Skizzen eine größere Anschaulichkeit zu erreichen, wurde auf die alten DIN
Normen der SchraubendarsteIlung mit Strichlinien für die Gewinde zurückgegriffen.
Für Bilder und Literatur, die mir von den Firmen:
Arbeitsgemeinschaft der Handhabungssysteme, Asea, Gildemeister, Harmonic-Drive,
IWKA-KUKA, Klera, Pittler, Unimation, VW
freundlicherweise zur Verfi:igung gestellt wurden, danke ich recht herzlich.
Speziell möchte ich mich bei den Herren Ernst (Harmonie-Drive), Köhler (Kernforschungs
zentrum Karlsruhel. Pfenning (Schott), Müller (IWKA), Schlimm (Unimation), Dr. Weule
(Daimler Bemz) und Wolf (VW) bedanken. die mir in der einen oder anderen Form geholfen
haben.
Für die Ausstattung des Buches sowie die zügige Bearbeitung bin ich dem Vieweg-Verlag und
hier speziell den Herren Niclas und Schubert für ihre Anregungen und sachkundigen Hinweise
sehr verbunden.
Bischofsheim, März 1980
Horst H. Raab
Inhaltsverzeichnis
1 Definitionen ............................................. .
1.1 Industrial Handling ..................................... .
1.2 Verkettungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.3 Manipulatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Industrieroboter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2 Grunde für den Einsatz von Industrierobotern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.1 Technische Gründe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 Soziologische Gründe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3 Wirtschaftliche Gründe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 Industrial Relations im Zeichen des Einsatzes von Industrierobotern. . . . . . 13
3 Aufbau von Industrierobotern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.1 Aufbau des Handhabungsgerätes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.1.1 Bauarten........................................ 19
3.1.2 Führungen und Verbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1.3 Baukastensysteme.................................. 22
3.1.4 Sicherheitseinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 Steuerungsaufbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.1 Informationsteil................................... 30
3.2.1.1 Informationseingabe.......................... 32
3.2.1.2 Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.1.3 Wegmeß·Systeme............................. 36
3.2.2 Energieteil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3 Antriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3.1 Hydraulische Antriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.3.2 Pneumatische Antriebe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.3.3 Elektrische Antriebe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.4 Steuerungsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.1 Folgesteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.4.2 PTP·Steuerung.................................... 51
3.4.3 MP·Steuerung..................................... 52
3.4.4 CP·Steuerung..................................... 52
3.4.5 CNC........................................... 52
3.4.6 DNC........................................... 53
3.5 Leistungsdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.5.1 Raumachsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.5.2 Arbeitsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.5.3 Positioniergenauigkeit............................... 57
3.5.4 Tragfähigkeit........................................ 63
3.5.5 Ausnutzungsgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.5.6 Geschwindigkeit des Manipulatorarmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.6 Greifeinrichtungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.6.1 Greifeinrichtungen zur Werkstückhandhabung. . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.6.2 Werkzeughandhabung durch Greifeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . 76
3.7 Sensoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.7.1 Sensoren mit Kontrollfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.7.2 Sensoren mit Tastfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.7.3 Sensoren mit Erkennungsfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.8 Peripherie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4 Anwendung freiprogrammierbarer Manipulatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.1 Schweißtechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1.1 Punktschweißen................................... 94
4.1.1.1 Punktschweißen von PKW-Seitenteilen . . . . . . . . . . . . . . 96
4.1.1.2 Punktschweißen von Karosseriehinterteilen . . . . . . . . . . . 98
4.1.1.3 Punktschwei ßen von Karosserieunterbauten . . . . . . . . . . . 98
4.1.1.4 Punktschweißen von Herdgestellplatten . . . . . . . . . . . . . . 100
4.1.2 Lichtbogenschwei ßen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.1.2.1 Lichtbogenschweißen von Vorderachsträgern . . . . . . . . . . 101
4.1.2.2 Lichtbogenschweißen von PKW-Türen. . . . . . . . . . . . . . . 102
4.2 Beschichttechnik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.2.1 Spritzlackieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.2.2 Plasmaspritzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.3 Handhabungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.3.1 Be-und Entladen von Werkzeugmaschinen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.3.1.1 Drehautomat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.3.1.2 Entgratanlage............................... 109
4.3.1.3 Pressen................................... 110
4.3.1.3.1 Preßmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
4.3.1.3.2 Pressenstraße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.3.1.3.3 Schm iedepresse ...................... 113
4.3.1.3.4 Schmiedeanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.3.1.4 Gießen................................... 115
4.3.1.4.1 Druckgießmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.3.1.4.2 Schleudergießmaschine .. . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.3.1.5 Glasblaseinrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.3.1.6 Lichtbogenschweißmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.3.1.7 Kunststoffmaschine .......................... 119
4.3.1.8 Röntgenanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.3.1.9 Verkettungen............................... 120
4.3.1.9.1 Verkettung Rotorfertigung . . . . . . . . . . . . .. ... 120
4.3.1.9.2 Verkettung Polgehäusefertigung . . . . . . . . . . . . 121
4.3.1.9.3 Verbindung von Förderrinnen . . . . . . . . . . . . . 122
4.3.2 Stapeln von Teilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.3.2.1 Kasten.................................... 123
4.3.2.2 Handhaben und Stapeln von Hinterachsen. . . . . . . . . . . . 124
4.3.2.3 Steine.................................... 125
4.3.3 Montieren von Teilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.4 Bearbeitung von Werkstücken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.4.1 Schleifen........................................ 129
4.4.2 Entgraten von Getriebegehäusen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.5 Sortieren von Teilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5 Programmierung von Industrierobotern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.1 Manuelle Dateneingabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.2 Teach·in Programmierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
5.3 Programmiersprachen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.3.1 Elementare Programmiersprachen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.3.2 Problemorientierte Programmiersprachen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.4 Signal verkehr zwischen Industrieroboter und Peripherie. . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.5 Speicherung von Bildern. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.6 Lerneffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.7 Erstprogrammierung -:-Wiederholprogrammierung ................. 153
6 Erfahrungen bei der Einführung und dem Einsatz von Industrierobotern. . . . . . 154
6.1 Arbeitsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.1.1 Manuelle Arbeitsplanung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
6.1.2 Arbeitsplanung mittels EDVA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.2 Prüfprogramm für Industrieroboter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.3 Vorbeugende Instandhaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.4 Flexibilitätskriterien für Industrieroboter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
6.4.1 Flexibilitätseinfluß Leistungsdaten des Industrieroboters . . . . . . . . 164
6.4.2 Flexibilitätseinfluß Greifeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.4.3 Flexibilitätseinfluß Peripherie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.4.4 Flexibilitätseinfluß Programmierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.4.5 Flexibilitätseinfluß Sensoreinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7 Wirtschaftlichkeitsvergleich mittels EOVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
7.1 Rechnertyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
7.1.1 Zentraleinheit..................................... 167
7.1.2 Periphere Einheiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
7.2 Rechnergestützte Wirtschaftlichkeitssimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.3 Programmeingabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.4 Programmausgabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7.5 Programmbeschreibung und Einflußgrößen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
7.6 Informationsflußdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.7 Fallstudien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.7.1 Fallstudie 1 (Werkzeugmaschinenbeschickung) . . . . . .. . . . . .. . . 176
7.7.1.1 Variieren des Anschaffungspreises. . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.7.1.2 Variieren der Bedienungskräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.7.1.3 Variieren der Lebensdauer des Industrieroboters. . . . . . . . 179
7.7.1.4 VariierenderAuftragsstückzahl. .................. 180
7.7.1.5 Variieren der Stückzeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.7.1.6 Ergebnis der Fallstudie 1. ..... ........ .......... 182
7.7.2 Fallstudie 2 (Punktschweißung einer PKW-Tür) . . . . . . . . . . . . . . . 182
7.7.2.1 Variieren des Anschaffungspreises. . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
7.7.2.2 Variieren der Lebensdauer des Industrieroboters. . . . . . . . 187
7.7.2.3 Variieren der Betriebsstunden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.7.2.4 Variieren der Lohnkosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.7.2.5 Variieren des Zinssatzes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.7.2.6 Ergebnis Fallstudie 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • 190
8 Ausblick. _ . _ ... ___ ... _ . __ . _ .. ____ .. _ .... _ • __ • • • • • . • • . . • • 191
8.1 Koppelung mehrerer Geräte mittels Prozeßrechner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.2 Positionsbestimmung von Teilen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
8.3 Fahrbare Handhabung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
8.4 Greifeinrichtungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
8.4.1 Adaptive Greifeinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
8.4.2 Greifsysteme mit mehreren Freiheitsgraden. . . .. . . . . . . . . . . . . 194
8.5 Regeleinrichtungen für Lernschemata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
9 Anhang ........•........•.......•..•••..•.......•••..•..
9.1 Tabelle mit Leistungsdaten der Industrieroboter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
9.2 Tabelle mit Einsatzdaten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
9.3 Übersicht über die einzelnen Arbeitsräume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2"14
9.4 Übersicht über eine Anzahl Sensoreinrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
9.5 Tabellen zur Wirtschaftlichkeitssimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
Literaturverzeichnis. . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . • . • • • . • • . . • . . . • . • 250
Firmenunterlagen . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . • • • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
Sachwortverzeichnis. . . . . . . . . . • . . . • . . • • • . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . 263
1
1 Definitionen
Die Automatisierung auf dem Gebiet der Handhabungstechnik ist sehr umfangreich. Es
dürfte manchmal schwierig sein, Verkettungen, festprogrammierbare Manipulatoren sowie
Fördermittel allgemeiner Art von freiprogrammierbaren Handhabungsgeräten zu unter
scheiden.
In diesem Kapitel soll versucht werden, eine mögliche Systematisierung der Geräte des
Industrial Handling, also der industriellen Handhabungstechnik, durchzuführen.
1.1 Industrial Handling
Die Möglichkeiten des Industrial Handling könnte man nach Bild 1.1 skizzieren. Dabei
taucht die Frage nach der Abgrenzung zu den reinen Fördermitteln, zum Beispiel Krane
oder Förderrinnen, auf. Hier könnte die Definition helfen, die die Handhabungsgeräte als
automatische oder halbautomatische Fördereinrichtungen versteht.
Bild 1.1 Einteilung der Handhabungsgeräte [3/35)
1.2 Verkettungen
Verkettungen von Werkzeugmaschinen sind schon lange als Mittel der Automatisierung
bekannt. Nur. bei größten Stückzahlen war diese Verbindung mehrerer W~rkzeugmaschinen
wirtschaftlich. In Bild 1.2 sieht man eine Verkettung von zwei Mehrspindeldrehautomaten
mit zwei Frontdrehmaschinen. Die Werkstücke werden über geneigte Förderrinnen antriebs
los den Maschinen zu- und abgeführt. Zwischen den einzelnen Werkzeugmaschinen stehen
Werkstückelevatoren. An den Werkzeugmaschinen befinden sich festprogrammierbare
Ein- und Ausgabegeräte. Bild 1.3 zeigt eine lose Verkettung. Über ein Kettentaktband
werden dem Mehrspindeldrehautomaten die Werkstücke zugeführt. In die Maschine wer
den die Teile ebenfalls mittels eines Ein-und Ausgabegerätes gelegt.