Roboter-Programmierung

Andreas Mühlbauer,

Roboter optimal programmieren

Die Robotik befindet sich im Aufbruch hin zur einfachen Programmierung und Installation. In der Praxis gibt es viele alternative Methoden und Vorgehensweisen. Dieser Beitrag benennt Kriterien als Entscheidungshilfe bei der Auswahl der optimalen Programmiermethode, die dem Bediener bei seiner Erfahrung, seinem Anspruch, seiner Anwendung und den Rahmenbedingungen entgegenkommt.

Das Smart Pendant ist auch ein Roboter-Handbediengerät, jedoch moderner und intuitiver durchdacht und gestaltet. © Yaskawa

Roboterapplikationen werden entweder während der Inbetriebnahme, in der Regel durch den Systemintegrator, oder der späteren Bedienung und Anpassung durch den Betreiber programmiert. Immer mehr Roboter werden als Assistenten in kleineren Betrieben installiert und von Fachkräften bedient, die zwar den Prozess beherrschen, jedoch keine Programmierkenntnis für eine aufwändige Roboterprogrammierung besitzen. Ein Beispiel dafür ist der Roboter-Assistent „Weld4Me“ für Handschweißer. Hier wechselt die Schweißaufgabe täglich, und der Bediener wird zum Programmierer.

Zwei verschiedene Herangehensweisen

In der klassischen Industrierobotik geht man planerisch an Automatisierungsaufgaben heran. Erfahrene Systemintegratoren spezifizieren zusammen mit dem Kunden die Aufgabe und die Randbedingungen, erstellen Konzepte unter Verwendung professioneller Simulations- und Planungstools, wählen auf dieser Basis passende Automatisierungs-Komponenten aus, bauen die Anlage auf und programmieren alles unter Einsatz erfahrener SPS- oder Roboter-Programmierer.

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Aus der Cobot-Welt heraus – und mittlerweile auch für Industrieroboter – ist eine alternative iterative Herangehensweise an die Robotik entstanden. Anwender beginnen Automatisierungsprojekte einfach mit der Auswahl eines Robotermodells, das zunächst einmal einfache Bedienung und Installation verspricht. Dann nähert man sich Schritt für Schritt durch Hinzufügen von Komponenten und intuitiven Anpassungen einer fertigen Roboterlösung. Diese nicht-planerische Vorgehensweise vertraut auf eine möglichst einfache Programmier- und Konfigurierbarkeit (Plug & Play) in der ganzen Integrationskette – inklusive Roboter, Greifer/Werkzeug, Sensorik, Vorrichtungen, Teilebereitstellung, Sicherheit und HMI.

Welche Programmiermethode ist die beste?

Welche Programmiermethode wirklich die beste ist, hängt – wie vieles im Leben – von den Randbedingungen ab. Roboter werden vielseitig eingesetzt, die Bandbreite umfasst Handling- und Prüfaufgaben für federleichte und tonnenschwere, kleinste und riesige Bauteile, aber beispielsweise auch schnelle Pick-&-Place-Vorgänge, komplexe Montage, Punkt-/Laser- und Lichtbogenschweißen, Additive Fertigung und vieles mehr.

In der klassischen Industrierobotik geht man planerisch an Automatisierungsaufgaben heran, auch unter Verwendung professioneller Simulations- und Planungstools. © Yaskawa

Nischenanbieter, beispielsweise in der Kleinrobotik mit einfachen Handlinganwendungen, bieten naturgemäß Programmierlösungen an, die für ihr Produkt, dessen typisches Anwendungsspektrum sowie den typischen Anwenderkreis besonders einfach sind. Roboterhersteller mit einem vollen Produktspektrum wie Yaskawa spannen den Bogen größer auf und unterstützen nicht nur eine, sondern eine entsprechend große Bandbreite an Programmierlösungen.

Wer programmiert Roboteranwendungen?

Erfahrene Roboterprogrammierer und Systemintegratoren legen bei der Inbetriebnahme Wert auf breite Funktionalität und Effizienz und bevorzugen daher das klassische Roboter-Handbediengerät (Teach-Pendant). Die Bedienoberfläche mag vielleicht nicht immer so grafisch und intuitiv sein, aber hier lassen sich Roboterpositionen sehr genau teachen und optimieren, Logik und Parameter in Menüs und Funktionstas-ten schnell aufrufen, und Befehlsparameter können in einer zeilenorientierten Syntax schnell aufgebaut werden. Erweiterte Programmiermöglichkeiten auf Hochsprachenebene sowie Tools zur tiefen Integration und Anpassung von Oberflächen, Protokollen und Funktionen werden sehr geschätzt. Für den späteren Bediener lassen sich entweder auf einem Bedien-PC oder auf dem Touchscreen des Handbediengeräts Apps zur leichten Bedienung und Visualisierung aufsetzen.

Im Anlagenbau gibt es häufig viele SPS-Programmierer, hingegen nur wenige Roboterprogrammierer, sodass die Anforderung besteht, den Roboter direkt über SPS-Funk-tionsbausteine in ihrer gewohnten SPS-IEC-Programmierumgebung (Siemens, Beckhoff, Rockwell, Yaskawa) zu programmieren. Dies ist möglich mit MotoLogix, einer IEC-konformen SPS-Schnittstelle. Bediener ohne Programmierhintergrund empfinden das zeilenbasierte Programmieren aus ihrer Erfahrung mit der grafisch orientierten PC- und Smartphone-Welt zunehmend als „old school“ und sperrig und bevorzugen das viel intuitivere Handführen des Roboters oder ein Smart Pendant.

Einbinden der Roboterprogrammierung in die digitale Prozesskette

Wenn CAD-Daten der Werkstücke vorhanden sind, lassen sich mit Hilfe von CAD/CAM-Tools Roboterbahnen per Software automatisch generieren und and den Roboter übertragen. Typische Anwendungen dafür sind Fräsen, Entgraten, Lackieren und additive Verfahren wie WAAM oder 3D-Druck. Benutzt man von vornherein Planungstools wie Offline-Simulation, will man virtuelle Inbetriebnahme mit einem digitalem Zwilling des Roboters unterstützen, so generiert man große Teile des Roboterprogramms in der virtuellen Welt und lädt sie dann in den realen Roboter. Geeignete Software-Tools in verschiedenen Leistungsstufen (Roboter-, Zellen-, Linien- oder auf übergeordneter Fabrikebene) werden von den Roboterherstellern selbst oder von Drittanbietern angeboten, wobei die Roboter und virtuelle Controller führender Roboterhersteller wie Yaskawa in den Bibliotheken solcher Tools verfügbar sind.

Der Roboter programmiert sich selbst

Wenn sich die Position, Lage oder Anzahl von Werkstücken ständig ändert, lassen sich Positionen gar nicht im Vorhinein teachen. Hier benutzt man Sensorik zum Führen des Roboters, wie 2D-, lasergestützte 3D-Bildverarbeitung oder Kraftsensorik. Mehr und mehr ist die Bildverarbeitung durch intelligente Mustererkennung und KI in der Lage, mit Teilen umzugehen, die der Roboter vorher noch nicht gesehen hat (Pick & Place, Griff in die Kiste). Applikationsbeispiele für Bahnprozesse sind das automatische Finden und Führen von Schweiß- oder Klebenähten.

MotoLogix, eine IEC-konforme SPS-Schnittstelle, ermöglicht es, den Roboter direkt über SPS-Funktionsbausteine zu programmieren und nahtlos in die gewohnte SPS-IEC-Programmierumgebung zu integrieren. © Yaskawa

Herstellerübergreifende Programmierumgebungen und -tools sind oft einfach zu bedienen und bieten den Vorteil einer einheitlichen Programmierumgebung über viele Robotermodelle unterschiedlicher Hersteller hinweg. Sie müssen jedoch gegenüber den Standard-Lösungen der Roboterhersteller zusätzlich erworben und gegebenenfalls installiert werden, sodass die Investition gegenüber den Bordmitteln des Roboterherstellers über reduzierte Programmierzeit oder Flexibilität gerechtfertigt werden muss.

Jede Aufgabe hat also ihre optimale Programmiermethode, und keine der angeführten Methoden ist so schwierig, dass sie sich nicht innerhalb weniger Tage Training erlernen ließe. Auf der ganzen Welt sind etwa 3 Millionen Industrieroboter in Betrieb, und jedes Jahr kommen über 400.000 neue dazu. Jeder einzelne davon wurde bisher erfolgreich programmiert. Und jeder, der mit dem Programmieren von Robotern zu tun hat, ob Newcomer oder Profi, wird bestätigen, dass Roboterprogrammieren – mit der jeweils passenden Methode – auch noch Spaß machen kann.
Dr. Michael Klos, General Manager Business Development, Yaskawa Robotics Division

Yaskawa, www.yaskawa.eu.com

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