Beim Zusammenspiel von Mechatronik, Vision-Systemen und Antrieben mit Robotern in einer Produktionsmaschine zählt vor allem eines: die reibungslose Synchronisation aller Beteiligten im Bereich weniger Mikrosekunden. Mit dem Konzept der maschinenzentrierten Robotik (MCR) von B&R können Maschinen und Robotik nahtlos zusammenarbeiten. Durch die Verschmelzung von Robotik und Maschinensteuerung in einer einheitlichen Architektur können Hersteller dem Trend zur individualisierten Massenproduktion folgen und ihre Prozesse bis hin zur Losgröße 1 anpassen. Zudem benötigen sie nur noch eine Steuerung und ein Engineering-System für Entwicklung, Diagnose und Wartung. Damit wird die Einstiegshürde in die Robotik deutlich gesenkt. „Mit unseren Lösungen macht es für den Maschinenentwickler in Zukunft keinen Unterschied mehr, ob er eine Einzelachse oder einen Roboter in seine Maschine implementiert“, ist Produktmanager Sebastian Brandstetter überzeugt.
Einfache Programmierung
Als integraler Bestandteil der Maschinenapplikation werden Roboter wie jede andere Automatisierungskomponente in der B&R-Entwicklungsumgebung Automation Studio programmiert und simuliert. Vorkonfigurierte Mapp-Robotics-Softwarebausteine vereinfachen die Erstellung von Maschinenapplikationen mit Roboter. Dabei kann der Entwickler auf neue Funktionen zurückgreifen, die das Zusammenspiel zwischen der mechatronischen Transportlösung AcoposTrak und den Robotern mit geringem Programmieraufwand nach dem Low-Code/No-Code-Prinzip ermöglichen. Das Erlernen spezieller Roboterbefehle entfällt.
Oberstes Ziel von B&R bei der Entwicklung der Engineering-Umgebung für die maschinenintegrierte Robotik war es, die Komplexität der Bewegungen und Abläufe, die sich aus dem mikrosekundengenauen Zusammenspiel von Roboterkinematik und mechatronischem Transportsystem ergeben, so weit wie möglich vor dem Anwender zu verbergen. Daher wird die gesamte Maschinenstruktur und -hierarchie in der Softwareapplikation abgebildet, wobei ein einziges übergeordnetes Koordinatensystem (Global Coordinate System, kurz GSC) für alle Komponenten verwendet wird. Abhängigkeiten und Hierarchien können einfach konfiguriert, leicht verständlich visualisiert und auch zur Laufzeit geändert werden.
Automatische Visualisierung
Das einheitliche Koordinatensystem GCS wird z.B. für die Visualisierung von Prozessen verwendet. Wenn der Entwickler eine Anwendung erstellt, generiert der Automation Studio Scene Viewer automatisch eine Ansicht der kompletten Maschine, in der die Interaktionen zwischen Robotern, Tracksystem-Shuttles und den zu handhabenden Produkten dargestellt werden. Der gemeinsame Bezugspunkt ist das globale Koordinatensystem. Es erleichtert die Programmierung, da die Bewegungen der Roboter nur in Bezug auf ein bestimmtes Shuttle definiert werden müssen. Die absolute Position des Shuttles in der Maschine muss nicht berücksichtigt werden.
Vorteile ergeben sich auch bei der Inbetriebnahme. Da alle Systeme – Shuttles, Roboter und Kamera – über das GCS verbunden sind, lassen sich installationsbedingte Positionsabweichungen mit wenig Aufwand kalibrieren. Verschiebt sich z.B. die Aufstellposition des Tracksystems um ein paar Zentimeter, wird dies automatisch in den Roboterbewegungen berücksichtigt. Wird ein anderes Werkzeug auf den Roboter montiert, bleiben dessen Bewegungen mit dem Shuttle synchron – und das alles ganz ohne manuelle Umprogrammierung.
Dynamisches Pick & Place
Ein Ziel von B&R ist auch, die Leistung des Roboters zu verbessern. „Anstatt mit konstanten Antriebswerten und fixen Arbeitsbereichen beim Roboter zu arbeiten, bringen wir die Anpassungsfähigkeit der gesamten Maschine nun auch in den Pick&Place-Prozess“, erklärt Brandstetter. Die Lösung berücksichtigt bei der geometrischen Planung das dynamische Verhalten der Roboterhardware, so dass der Roboter-TCP immer die passende Bahn fährt. Dadurch kann der Durchsatz um bis zu 10 Prozent gesteigert werden. Auch die Begrenzung des Jerks und damit die Beschleunigung des Roboters werden automatisch an die aktuell transportierte Last angepasst. Das kann den Durchsatz um bis zu 20 bis 30 Prozent steigern.
