Typischerweise verlaufen Roboterautomatisierungsprojekte in drei Schritten, die spezielle Online- oder Offline-Arbeiten beinhalten: Planung, Programmierung und Verbesserungen während der Instandhaltung. Jede Phase erfordert spezielle Tools, individuelles Knowhow und eine gute Abstimmung, da häufig unterschiedliche Personen (Rollen) für die Bereiche zuständig sind.
Simulation und Planung
Zu Beginn gibt es naturgemäß noch keinen realen Roboter, auf dem programmiert und getestet werden kann. Der Planer ist daher auf Simulationswerkzeuge angewiesen, um die geometrische Auslegung der Roboterzelle, die Werkzeuge sowie die Programmabläufe offline festzulegen und zu überprüfen. Hierzu führt er Erreichbarkeitsanalysen und Kollisionsüberprüfungen durch, passt die Reihenfolge der Roboteraktionen an, bestimmt möglichst effiziente Bewegungsbahnen und legt Sicherheitsbereiche fest. In der nächsten Phase hat der Programmierer die schwierige Aufgabe, das Ergebnis der Planung, das oftmals nur abstrakt in Form von CAD-Daten, Bildern und Ablaufbeschreibungen vorliegt, in ein komplexes Roboterprogramm umzusetzen und in der Planung fehlende oder fehlerhafte Annahmen zu korrigieren. Um den geplanten Prozess in die Realität umzusetzen, Roboterbewegungen flexibel zu berechnen, mit der SPS zu kommunizieren, Werkzeuge und Bildverarbeitungssysteme anzusteuern oder komplexe Sensoren wie Kraft/Momenten-Sensoren einzubinden, muss er herstellerspezifischen Robotercode schreiben. Sind unterschiedliche Hersteller im Einsatz, führt das unweigerlich zu höherem Aufwand. Sobald die Anwendung in der Produktion läuft, wird vom Instandhaltungsteam erwartet, dass es nicht nur eines, sondern mehrere komplexe Roboterprogramme für unterschiedliche Roboterhersteller schnell (online) korrigieren und verbessern kann sowie Änderungen aufgrund des Schichtbetriebs nachvollziehbar dokumentiert. Hierfür muss der Programmierer das komplexe Roboterprogramm in Form von Dokumentation, Kommentaren und Eingabemasken bestmöglich vorbereiten, damit das in Robotercode formulierte Prozesswissen möglichst nicht verloren geht.
Neuer Ansatz
Die Spezialisten für Robotikprogrammierung von ArtiMinds kennen die Probleme, die diese drei Entwicklungsphasen mit sich bringen gut und haben daher mit der Software Robot Programming Suite (RPS) einen neuen durchgängigen Ansatz entwickelt, der die Online- und Offline-Programmierung nahtlos miteinander kombiniert. So muss für alle Phasen der robotergestützten Automatisierung nur ein Produkt eingesetzt werden. Das Praktische an dem Ansatz ist: er ist einfach in die bestehenden Abläufe zu integrieren, da die Software automatisch Robotercode erstellt, der auf der Standardsteuerung des Roboterherstellers läuft. Daher fallen zum einen die Schnittstellenprobleme zwischen verschiedenen Tools weg. Zum anderen können Rollen auch stärker verschmelzen. Das erlaubt eine flexiblere Nutzung von Ressourcen und steigert die Effizienz der Zusammenarbeit zwischen den einzelnen Bereichen. So entstehen z.B. in der Planungsphase bei gleichem Aufwand wie zuvor realitätsnähere Ergebnisse und der Roboterprogrammierer kann diese dann mit deutlich weniger Aufwand umsetzen. Das Risiko, dass kritische Probleme erst in der Programmierphase bzw. bei der Inbetriebnahme auftreten, wird erheblich kleiner. Auf Basis der Datendurchgängigkeit und eines eigenen Applikationskatalogs kann man sich zudem leicht roboterübergreifende Standards erarbeiten. „Außergewöhnlich bei unserem Konzept ist, dass man damit nicht nur spezielle Teillösungen, sondern komplexe Roboterautomatisierungsprojekte in ihrer Gesamtheit realisieren kann. Und das mit den Robotern aller namhafter Hersteller“, erklärt Andreas Hermann, Senior Team Leader Advanced Robotics bei ArtiMinds.
Schneller Test verschiedener Lösungen
Durch die einfache Möglichkeit zum Wechsel zwischen online und offline bringt die Software weitere Vorteile, die sich unter anderem bei der Programmierung zeigen. Ein Beispiel macht das deutlich: Beim Entgraten von Bauteilen oder bei der Inspektion von Kanten müssen Roboter oft komplexe Trajektorien abfahren. Diese bewegungsorientiert zu programmieren und mit dem realen Werkstück abzugleichen ist alles andere als trivial. Hier geht ArtiMinds mit ihrer RPS einen anderen Weg. Mit dem Tool CAD2Path können in der Offline-Welt CAD-Daten des Bauteils eingelesen und daraus automatisiert Bewegungsbahnen aus dem Modell erzeugt werden. Für den Abgleich mit der realen Welt wechselt der Programmierer dann in den Online-Modus, bewegt den Roboterarm an einige charakteristische Punkte des Werkstücks und teacht diese ein. Positionen vom digitalen Zwilling können auf den realen Roboter übertragen werden oder umgekehrt. Innerhalb kürzester Zeit lassen sich so komplexe Pfade programmieren. Auch Transferbewegungen, bei denen es nicht auf Genauigkeit ankommt, können offline oft einfacher definiert und bei Bedarf dann online um ihre exakte Zielposition ergänzt werden. Durch die Möglichkeit zum einfachen Umschalten zwischen beiden Welten lassen sich verschiedene Lösungsansätze schnell direkt auf dem Roboter evaluieren, da Teachen, Programmieren und Testen in einer engen Verbindung stehen. Das ist gerade bei herausfordernderen Anwendungen, die aufgrund der Komplexität bei der Programmierung häufiger getestet werden müssen, von großem Vorteil. Ein Beispiel sind sensorbasierte Anwendungen mit Kraft/Momenten-Sensoren oder Kamerasystemen, die einen höheren Programmieraufwand und mehr Knowhow erfordern als einfache Bewegungen. Hermann ergänzt: „Programmierer können die Technik quasi weg-abstrahieren und sich rein auf die Prozesse konzentrieren. Das macht die RPS auch zum passenden Tool für Rapid Prototyping von sensorbasierten Montageaufgaben. Die Entwicklungszyklen aus Programmieren, Nachteachen, Code erzeugen und Testen werden kürzer und unterschiedliche Lösungsstrategien lassen sich effizient evaluieren.“ Zudem wird der Einsatz von elektrischen Greifern, Bildverarbeitungslösungen oder Kraft/Momenten-Sensoren vereinfacht und der Anwender bleibt beim Set-Up flexibel. Auch bei Komponenten mit nur einfachen Funktionen ist der Initialaufwand für die Einbindung in der Regel hoch, weil zahlreiche Protokolle implementiert und Treiber erstellt werden müssen. Hier unterstützt die Programmiersuite durch ein umfangreiches Sortiment an Protokollen, wodurch dieser Aufwand entfällt.