ABB Forschungszentrum Vereinfachte Roboter-Programmierung durch Vorführen und Sprachbefehle

Das ABB Forschungszentrum hat eine Programmiermethodik entwickelt, die auf intuitive Art und Weise Steuerungsprogramme für Roboter programmiert. Der Benutzer führt dabei den Roboter durch Anfassen schrittweise durch den Prozess.

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An den prozesswichtigen Positionen erteilt er entsprechende Kommandos, die angeben, was der Roboter an dieser Position jeweils zu tun hat. Diese intuitive Roboter-Programmierart wird durch das von ABB seit Juni 2007 angebotene Force Control Machining ermöglicht. Dieses Softwarepaket erfasst mithilfe eines Kraftsensors am Roboter-Flansch Kräfte, die auf das Roboterwerkzeug einwirken und erkennt so, wohin der Roboter-Arm sich bewegen soll. Bisher profitierten vor allem kleine und mittelständische Produktionsbetrieb noch nicht von der Robotertechnik“, erläutert Dr. Jens Hofschulte vom ABB Forschungszentrum in Ladenburg. Durch die nun vereinfachte Programmierungstechnik, rücke nun auch für Betriebe mit kleineren Stückzahlen der Einsatz von Robotern in greifbare Nähe.

In mitteständischen Betrieben gilt Roboter-Einsatz bisher als zu kostspielig

In Produktionsbetrieben mit weniger als zehn oder in mittelständischen Betrieben mit weniger als 250 Mitarbeitern gilt der Einsatz von Robotern häufig als zu kostspielig. Der Produktfokus solcher Betriebe liegt häufig auf Gütern mit hohem manuellen Aufwand und verhältnismäßig geringen Stückzahlen. Dies ermöglicht einerseits, schnell auf Kundenwünsche und Marktveränderungen zu reagieren, andererseits jedoch sind vollautomatisierte Fertigungsstraßen, wie sie in der Massenproduktion zum Einsatz kommen, hierfür zu teuer und zu unflexibel. Aus diesen Gründen lohnt der Einsatz von Robotern in kleinen und mittleren Produktionsbetrieben bisher kaum.

Um die Wettbewerbsfähigkeit dieser Produktionsbetriebe nachhaltig zu stärken, hat die Europäische Gemeinschaft im Rahmen ihres 6. Rahmenprogramms die Forschungsinitiative „SMErobotTM“ (siehe www.smerobot.org) ins Leben gerufen. Ziel dieser Initiative ist es, kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMUs, engl. SME für Small and Medium Enterprises) den Einsatz moderner Industrieroboter zu ermöglichen. An „SMErobotTM“ beteiligen sich die größten europäischen Roboter-Hersteller, sowie diverse Institute, Forschungseinrichtungen und Verbände. Das ABB-Forschungszentrum beteiligt sich zusammen mit der schwedischen ABB Robotics in verschiedenen Teilprojekten und arbeitet dort unter anderem mit den Roboter-Herstellern Kuka, Reis, Comau oder auch dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt oder der Technischen Universität Lund, Schweden, zusammen.

Roboter-Lösung für Gießereien

Im Rahmen eines Demonstrators entwickelt ABB eine Beispiellösung mit einem gänzlich neuartigen Roboter, der auf die speziellen Bedürfnisse von Gießereien ausgerichtet ist. Gießereien stellen Produkte häufig nur in kleinen Losgrößen her, wobei jedes Teil manuell nachbearbeitet werden muss. Verfahrenstechnisch bedingt befinden sich bei Gussteilen nach dem Gießen noch so genannte Angussteile und vielfach auch Grate am Werkstück. Bisher werden diese rein manuell mit einem Schneidbrenner und mit Schleifgeräten entfernt. Diese körperlich schwere und gefährliche Arbeit darf oft nur für eine begrenzte Zeit ausgeführt werden, um gesundheitliche Schäden zu vermeiden. Der neu entwickelte Roboter soll den Arbeitern künftig die groben Aufgaben abnehmen, so dass diese sich auf die Feinarbeit konzentrieren können. Dies erhöht die Produktqualität und reduziert das Gefahrenrisiko für die Arbeiter.

Die Roboter-Hardware alleine ist für die Gießereien jedoch nicht ausreichend. Wesentlich ist auch eine einfach zu bedienende Software, die auf möglichst intuitive Weise die Programmierung der Roboterbewegungen ermöglicht. Bisher ist viel Expertenwissen erforderlich, um die teilweise komplizierten Bewegungen in Steuerungsprogramme für den Roboter umzusetzen. Die KMUs bräuchten daher nicht nur spezialisierte Programmierer für diese Aufgaben, der Aufwand für die Programmierung der vielen verschiedenen Werkstücke mit geringer Stückzahl wäre im Verhältnis auch zu groß. In der Massenproduktion hingegen ist das Verhältnis zwischen Programmier- und Betriebszeit deutlich besser, weshalb Roboter in diesen Bereich weit verbreitet sind. Eine der Schlüsseltechnologien, um KMUs den Einsatz von Industrierobotern zu ermöglichen, ist daher die Vereinfachung der Roboter-Programmierung.

Sprachbefehle erleichtern Roboter-Programmierung

Die Ladenburger ABB-Forscher haben im Rahmen von „SMErobotTM“ ein neuartiges Konzept entwickelt, das auf einem zentralen Server basiert. Dieser Server kommuniziert mit den Robotern in der Fertigung und mit den Benutzern und kann dabei mehrere Roboter und mehrere Benutzer koordinieren. Auf diesem Server sind Befehle hinterlegt, die mit Hilfe von Schlüsselwörtern vom Benutzer über eine einfache Benutzerschnittstellen wie beispielsweise Notebook, PDA oder Spracheingabe aufrufbar sind. Solche Anweisungen sind zum Beispiel „bewege dich hierher“, „schalte das Werkzeug ein“ oder „warte 5 Sekunden“.

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Beim Programmieren wird der Roboter dann nur noch, wie oben beschrieben, schrittweise durch den Bearbeitungsprozess geführt und die entsprechenden Befehle werden nacheinander aufgerufen. Der Server empfängt und protokolliert diese Befehle und generiert daraus am Ende automatisch ein Roboterprogramm. Das Schreiben von Programmzeilen entfällt so für den Benutzer vollständig. Er arbeitet nur noch mit einfachen, für ihn leicht verständlichen Befehlen und braucht dafür keinerlei Programmierkenntnisse. Vom Server werden ihm darüber hinaus stets nur die Befehle angeboten, die in dem jeweiligen Augenblick für ihn möglich und auch relevant sind.

Die Befehle selbst sind im Server einfach entsprechend den Anforderungen konfigurier- und erweiterbar. So unterscheiden sich der Befehls- und damit der Funktionsumfang für einen Roboter in einer Gießerei grundlegend von den Befehlen in einer Schreinerei.

Roboter gehorcht aufs Wort

Feststehende Befehlsequenzen lassen sich hier als Makro abspeichern und auch gänzlich neue Befehle einfach integrieren. Dafür sind lediglich weitergehende Programmierkenntnisse erforderlich. Diese werden aber nur einmal am Anfang für die jeweilige Anwendung benötigt und können beispielsweise von einem Systemintegrator bereitgestellt werden. Dank der Server-Architektur ist die Konfiguration der Befehle dabei nur an einer Stelle für die gesamte Produktion vorzunehmen.

Weil im vorgestellten Konzept der Roboter durch Anfassen vom Benutzer bewegt wird, müssen beide Hände des Arbeiters an einer sicheren, vorgegebenen Stelle sein, um die Gefahr von möglichen Quetschungen oder anderen Verletzungen entsprechend den aktuellen Sicherheitsrichtlinien für das Arbeiten mit Robotern zu minimieren.

Beide Hände sind dadurch gebunden, daher ermöglicht der Server die Eingabe von Befehlen nicht nur durch Anklicken auf einem Bediengerät, sondern auch durch Spracheingabe. Der Roboter gehorcht quasi aufs Wort. Dies vereinfacht die Handhabung und ermöglicht eine Art Konversation mit dem System, ähnlich wie man mit einem neuen Kollegen sprechen würde, dem man die Abläufe zeigt und erklärt.

Das vom ABB Forschungszentrum entwickelte Lead-Through-Programming ist eine konsequente Weiterentwicklung des Force Control Machining von ABB, die nicht nur das Lernen von Konturen, sondern von kompletten Fertigungsabläufen in unterschiedlichsten Produktionsbetrieben ermöglicht. Roboterprogrammierung durch Vorführen liefert so ganz neue Möglichkeiten und Wettbewerbsvorteile für alle Unternehmensgrößen.

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