Industrieroboterpraxis: Automatisierte Handhabung in der Fertigung

390 Pages·1998·17.85 MB·German

by  Stefan Hesse (auth.)

Stefan Hesse
Industrieroboterpraxis
Aus dem Programm
Automatisierungstechnik
Einfiihrung in die Roboterprogrammierung
von B. Giismann
DehnungsmeJlstreifentechnik
von P. Giesecke
Atlas der modernen Handhabungstechnik
von S. Hesse
Montage-Atlas
von S. Hesse
Robotik
von S. Hesse und G. Seitz
Ind llstrieroboterpraxis
von S. Hesse
Handhabungstechnik mit Robotertechnik
von J. Bartenschlager, H. Hebel und G. Schmidt
Steuern - Regeln - Automatisieren
von W. Kaspers, H.-J. Kiifner, B. Heinrich und W. Vogt
Angewandte Montagetechnik
von P. Konold und H. Reger
Vieweg
Stefan Hesse
Industrieroboterpraxis
Automatisierte Handhabung in der Fertigung
Mit 529 Abbildungen
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einhcitsaufnahme
Hesse, Stefan:
Industricrobotcrpraxis: automatisierte Handhabung in der Fertigung I
Stefan Hesse. -Braunschwcig~ Wiesbadcll: Vieweg, 1998
ISBN 978-3-322-88982-9 ISBN 978-3-322-88981-2 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-88981-2
Allc Rechte vorbe ha hen
O Springer Fachmedien Wiesbaden 1998
UrsPliillglich crschicncn bei Friedr. Vieweg & Sohn VerlagsgeselJschaft mbH, BraunschweiglWiesbaden, 1998
Softcover reprint of the hardcover Ist editian 1998
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rung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.
de
Verarbcitung: Lengcrichcr I-Iandelsdruckerei, Lengcrich
ier
v
Vorwort
Fiir eine Industriegesellschaft hat die Produktionstechnik eine Schliisselstellung. Hierbei ist der
Industrieroboter mit eingeschlossen und hat wesentlich zur Automatisierung von Handhabungs
operationen beigetragen.
Wahrend der erste Einsatz eines freiprogrammierbaren Roboters im Jahre 1961 kaum fUr Aufse
hen sorgte und nur wenige Menschen beriihrte, sind cs heute sehr viele, deren Aufgabe darin
besteht, die Bewegungsmaschine "Roboter" in die Fertigung zu integrieren. Das erfordert gera
de von den Projektierem und Einsatzvorbereitem ein interdisziplinares Fachwissen, wie es bis
her kaum erforderlich war. Dieses Buch solI deshalb mit dazu beitragen, die im Detail wie in der
Gesamtiosung oft schwierigen Fragen zu losen, die sich auftun, wenn werkstiick-und werkzeug
fUhrende Roboter zum Einsatz kommen sollen. Vor allem sind Betrachtungen im Rahmen eines
Gesamtsystems kaum noch zu umgehen, wei I sich daraus interessante Synergie-Effekte errei
chen lassen. In diesem Sinne solI das Buch bisherige Literatur erganzen und vor aIlem dem
Praktiker mit Ratschlagen helfen. Es solI zeigen, wie der Roboter aufgebaut ist, was er zu leisten
im Stan de ist, weiche Moglichkeiten jeweils bestehen, um die so wichtigen Detaillosungen zu
gestalten und es soIl iiber Realisiertes informieren. Es werden aber auch einige altere oder noch
nicht etablierte und ungewohnIiche Losungen als Anregung mit auf den Weg gegeben.
Der Vieweg Verlag gehorte mit zu den en, die bereits 1981 ein erfolgreiches "Handbuch Industrie
roboter" herausgebracht haben. In Fortsetzung dieser Tradition wurde fUr diese Neubearbeitung
der Titel beibehalten. Das Buch soIl Aufklarungsarbeit leisten, zum Nachlesen und Nachschla
gen dienen und damit eine Hilfe bei der tag lichen Arbeit im technischen Bereich sein.
Plauen, Juni 1998 Stefan Hesse
VII
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1 Einfiihrung ......................................................................................................... .
1.1 GeschichtIicher Riickblick ......................................................................... .
1.2 Begriffe und Definitionen ........ .............. ................ ........ .............................. 6
1.3 Einordnung in Produktionssysteme ........ ................ ........ ........................... 12
2 Grundaufbau und Funktion ...................................................................... . 15
2.1 Prinzipieller Aufbau .................................................................................... 15
2.2 Teilsysteme ............ ................. ..... ..... .................. ....... ................. .................. I 7
2.3 Kinematische Grundtypen .......................................................................... 20
2.3.1 Kartesische Roboter ....................................................................... 23
2.3.2 Drehgelenkstrukturen ..................................................................... 25
2.3.3 Strukturen vom Typ SCARA ................ ............ ........ ...................... 27
2.4 Bauformen ................................................................................................... 29
2.4. I Portalro boter ................................................................................... 29
2.4.2 Baukastenroboter ........................................................................... 33
2.4.3 Roboter mit groBem Arbeitsraum ................................................... 34
2.4.4 Parallelroboter ................................................................................ 35
2.4.5 Mobile Roboter .............................................................................. 37
2.4.6 Weltraumroboter ............................................................................. 40
3 Fiihrungsgetriebe ............................................................................................. . 42
3.1 Kinematik ................................................................................................... . 42
3.1.1 Mechanisches Modell .................................................................. .. 43
3.1.2 Dynamik des Roboters .................................................................. . 44
3.1.3 Singularitat .................................................................................... . 45
3.1.4 Kinematische Darstellungen ........................................................ .. 46
3.1.5 Achsenbezeichnungen .................................................................. . 47
3.2 Freiheitsgrad ............................................................................................... 49
3.3 Koordinatensysteme ....... ................................. ............ .................. .............. 50
3.4 Arbeitsraum ................................................................................................. 52
3.5 Arbeitsgenauigkeit ...... ................................................. ............................... 56
VIII Inhaltsverzeichnis
3.6 Autbau von Ffihrungsgetrieben .................................................................. 57
3.6.1 Gelenke........................................................................................... 58
3.6.2 Gestell............................................................................................. 60
3.6.3 Lineararme ..................................................................................... 62
3.6.4 Hubeinheiten .................................................................................. 65
3.6.5 Drehgelenkarme ............................................................................. 69
3.6.6 Basisdreheinheiten ......................................................................... 72
3.6.7 Multisegment-Fiihrungsgetriebe .................................................. . 75
3.6.8 Sonstige Armgestaltungen ............................................................ . 77
3.6.9 Nutzung von Baukastenkomponenten ........................................ .. 79
3.6.10 Masseausgleich ............................................................................. . 82
3.6.11 Roboterhandgelenke ..................................................................... . 83
3.7 Fahrwerke ............. .................................... ............................................. ...... 86
3.8 Laufwerke .................................................................................................... 88
4 Antriebe ................................................................................................................ 92
4.1 Antriebsarten ............................................................................................... 92
4.1.1 Elektrischer Servoantrieb ............................................................... 94
4.1.2 Elektrischer Schrittmotorantrieb .................................................... 98
4.1.3 Hohlwellenantrieb .................... ...................................................... 99
4.1.4 Elektrischer Direktantrieb .............................................................. 100
4.1.5 Schubkolbenantrieb ....................................................................... 101
4.1.6 Drehkolbenantrieb ......................................................................... 103
4.1.7 Sonderantriebe ............................................................................... 104
4.2 Kraftiibertragungssysteme ......................................................................... 105
4.3 Ubertragungsgetriebe ......................... ................................................... ..... 107
4.3.1 Stirnradgetriebe .............................................................................. 109
4.3.2 Cyclo-Getriebe ............................................................................... 109
4.3.3 Schneckengetriebe ......................................................................... 109
4.3.4 Wellgetriebe ................................................................................... 109
4.3.5 Umlaufradergetriebe ....................................................................... 111
4.3.6 Schraubgetriebe ...................... ................................ ....................... 114
4.3.7 Parallelfiihrungsgetriebe ...... .......................................................... 116
4.3.8 Zahnriemengetriebe ....................................................................... 118
4.4 Sonstige Ubertragungselemente ................................................................ 120
5 Arbeitsorgane ............. ........... ........... ................................................. ................. 121
5.1 Grundlegendes fiber Greifer ...................................................................... 121
5.1.1 Wirkpaarungen und Auswahl ......................................................... 122
5.1.2 Klemmgreifer ................................................................................. 129
5.1.3 Greifer mit pneumatischem Wirkprinzip ....................................... 134
5.1.4 Gelenkfingergreifer ........................................................................ 136
5.1.5 Textilgreifer .................................................................................... 138
Inhaltsverzeichnis IX
5.1.6 Magnetgreifer................................................................................. 139
5.1.7 Revolvergreifer . ... ... ........... ...... ........... ............ ............... ... ..... ........ 141
5.1.8 Kombinationsgreifer ...................................................................... 143
5.2 Roboterwerkzeuge ....... ............... .......... ... ... ............ ............ ... .......... ... ........ 144
5.3 Ffigemechanismen .............. ................ ............ .......... ....... ............. ........ ....... 146
5.4 Wechselsysteme fUr Effektoren .................................................................. 148
5.5 Kollisionsschutz ........................................................................................... 153
6 Steuerung und Programmierung ............................................................... 155
6.1 Funktionen undKomponenten ................................................................... 155
6.1.1 Steuerungsbestandteile .................................................................. 155
6.1.2 Betriebs- und Bediensystem .......................................................... 157
6.1.3 Uberwachung und Diagnose .......................................................... 158
6.2 Steuerungsarten .......................... ............... .......... ......................... ... ............ 161
6.2.1 Prinzip der Bewegungssteuerung .................................................. 161
6.2.2 Regelungskonzepte ........................................................................ 163
6.2.2.1 Achsregelung .................................................................. 163
6.2.2.2 Gemischte Positions-und Kraftregelung ........................ 166
6.2.3 Punktsteuerung .............................................................................. 167
6.2.4 Bahnsteuerung ............................................................................... 168
6.2.5 Vielpunktsteuerung ........................................................................ 171
6.2.6 Bandsynchronisation ..................................................................... 173
6.2.7 Pendeln ........................................................................................ 175
6.2.8 Palettierfunktion ............................................................................ 176
6.2.9 Werkzeugkorrektur ......................................................................... 177
6.2.10 Neuronale Netze ............................................................................. 178
6.3 Positions-und Orientierungsbeschreibung ............................................... 179
6.3.1 Vektordarstellung ........................................................................... 179
6.3.2 Frame-Konzept ............................................................................... 181
6.3.3 Beschreiben von Drehungen.......................................................... 182
6.3.4 Koordinatentransformation ............................................................ 183
6.3.5 Bahnplanung .................................................................................. 187
6.4 Programmierverfahren ........................ ........................ ........................ ...... 190
6.4.1 Programmieraufgabe ...................................................................... 190
6.4.2 Einteilung der Verfahren ................................................................ 193
6.4.3 Online-Programmierung ................................................................. 194
6.4.3.1 Teach-in Programmierung .............................................. 194
6.4.3.2 Playback Programmierung ............................................. 199
6.4.4 Offline-Programmierung ................................................................ 199
6.4.4.1 Textuelle Programmierung ............................................. 201
6.4.4.2 CAD-gestfitzte Programmierung .................................... 203
6.4.4.3 Makroprogrammierung .............................................. .... 204
6.4.4.4 Akustische Programmierung ............................... ........... 204
x
Inhaltsverzeichnis
6.5 Roboterzellensimulation ............................................................................. 205
6.6 Erkennung von Kollisionsgefahren ..... .................................... .................. 209
7 Robotermefisysteme .. ............... ..... ..................................... ...... .......... .......... ... 213
7.1 Einteilung ..................................................................................................... 213
7.2 Weg-und Winkelmellsysteme ..................................................................... 214
7.2.1 Potentiometer ............ .......................... ..... ................. .......... ...... ..... 214
7.2.2 Inkrementalgeber ........................................................................... 215
7.2.3 Winkelcodierer . ............ ............................ ...... ............... .......... ....... 216
7.2A Inductosyn ..................................................................................... 218
7.2.5 Resolver ........................................................................................ 219
7.2.6 Transsonar ...................................................................................... 220
7.3 Geschwindigkeitsmessung ........................................................................... 220
7.4 Leitsysteme und Navigation ....................................................................... 221
7 A.l Leitspursysteme ... ...... ......................... ............... ............................ 222
7A.2 Odometrische Systeme ................................................................... 224
7 A.3 Meldestellenverfahren .................................................................... 226
7AA Funkortung ..................................................................................... 227
7A.5 Navigation im Magnetfeld ............................................................. 227
7A.6 Fehlersituation ............................................................................... 227
8 Robotersensorik ................................................................................................ 229
8.1 Gliederung der Sensoren ............................................................................. 229
8.2 Kraft-Momenten-Sensorik ... ................. ................................. .... ..... ........ .... 231
8.3 Technische Sichtsysteme.............................................................................. 233
8.4 Sensoren fUr das Roboterschweillen ........................................................... 237
8.5 Sensorisierung von Greifern ..... ........... .................. .................. ........ ..... ..... 240
8.6 Abstandsmessung ........................................................................................ 245
9 Aktuelle Robotertypen und Anwendungen ............................................ 248
9.1 Auswahl von Robotern ................................................................................ 248
9.2 Punktschweillroboter ................................................................................... 250
9.3 Roboter zum Schmelzschweillen ................................................................ 253
9.4 Ultraschallschweillen ................................................................................... 256
9.5 Heftschweillen mit Industrieroboter .......................................................... 257
9.6 Mechanische Montage ................................................................................. 258
9.7 Farbritzen .................................................................................................... 266
Inhaltsverzeichnis XI
9.8 Dualarmroboter .......................................................................................... 269
9.9 Maschinenbeschickung ................................................................................ 272
9.10 Anbauroboter .............................................................................................. 278
9.11 Mehrrobotersysteme ................................................................................... 280
9.12 Reinraumindustrieroboter .......................................................................... 282
9.13 Schneiden mit Hochdruckwasserstrahl...................................................... 283
9.14 Bearbeiten mit Laserstrahl ........................................................................ 283
9.15 Nieten mit dem Industrieroboter ................................................................ 285
9.16 Handhabung an Druck-und Spritzgiellmaschinen ................................... 285
9.17 Entgraten und Reinigen mit Hochdruckwasserstrahl .............................. 287
9.18 Entgraten mit zerspanenden Werkzeugen ................................................. 288
9.19 Schleifroboter .............................................................................................. 291
9.20 Mellroboter .................................................................................................. 293
9.21 Schraubroboter ........................................................................................... 296
9.22 Kleben mit dem Roboter ............................................................................. 299
9.23 Mikroroboter ............................................................................................... 300
9.24 Lotroboter .................................................................................................... 302
9.25 Verpacken mit dem Industrieroboter ......................................................... 303
9.26 Leiterplattenbearbeitung ............................................................................ 305
9.27 Leiterplattenbestiickung.............................................................................. 306
9.28 Pressenverkettung ........................................................................................ 307
9.29 Palettenmanipulation .................................................................................. 313
9.30 Palettierroboter ........................................................................................... 316
9.31 Kommissionierroboter ................................................................................ 321
9.32 Roboter fiir die Ausbildung ......................................................................... 322
9.33 Herstellung von Faserverbundteilen .......................................................... 323
9.34 Demontage mit dem Roboter ...................................................................... 325
9.35 Qualitatskontrolle von Gummidichtungen ................................................ 326