Roboterprogrammierung

Industrierobotern fällt im Rahmen des digitalen Wandels eine immer größere Schlüsselrolle auf dem Weg zur vollständig vernetzten Produktion zu.

Für die Integration Ihrer Roboter in Ihren Automatisierungsprozess übernehmen wir für Sie die Roboterprogrammierung. Durch unsere Erfahrungen auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik bieten wir individuelle Programmierdienstleistungen für externe Anlagen.

Unsere Roboterprogrammierer arbeiten dabei, je nach Erfordernissen, online von unserem Standort in Appenweier aus oder direkt bei Ihnen vor Ort.

Wir haben umfangreiche Erfahrung in der Programmierung von Robotern unterschiedlichster, namhafter Hersteller.

Einfache Roboterprogrammierung via Drag-and-drop

Die Programmierung von Robotern ist sehr zeitaufwändig und wird meist nur von Experten umgesetzt. Das hat zur Folge, dass die Abläufe von Roboterprogrammen sehr statisch sind und vorwiegend für die Massenproduktion eingesetzt werden. Um Roboter flexibel einzusetzen und individuell programmieren zu können, hat das Unternehmen am Fraunhofer IPA in Stuttgart ein Betriebssystem für Roboter entwickelt, das sich via Drag-and-drop-Prinzip aus verschiedenen Bausteinen zusammensetzen lässt. Der Vorteil: Das System funktioniert unabhängig von der Hardware und es sind keine Programmierkenntnisse notwendig. Das Ziel ist es, Roboterprogrammierung so einfach wie die Verwendung eines Smartphones zu machen. Die Automatisierungslösung wird bereits von renommierten Produktions- und Industrieunternehmen aus den Branchen Automotive, Automatisierungs- und Elektrotechnik sowie Maschinenbau eingesetzt.

Kleine und mittelständige Unternehmen (KMU) verzichten in erster Linie aufgrund der hohen Investionskosten und des notwendigen, aber nicht vorhandenen Know-hows auf die Automatisierung über Robotersysteme. Mit der einfachen und intuitiven Roboterprogrammierung können die Automatisierungslösungen ohne Vorkenntnisse und in kurzer Zeit an die individuellen Bedürfnisse der eigenen Produktion angepasst werden. Das ermöglicht einen flexiblen Einsatz des Roboters, der in Zukunft so flexibel sein wird, dass er am Nachmittag andere Tätigkeiten ausführt als noch am Morgen. Derzeit unterstützt das System die aktuellen Robotermodelle von KUKA, ABB, Fanuc, Denso und Universal Robots – an weiteren Kompatibilitäten wird bereits gearbeitet.

Die Software bietet verschiedene Bedien- und Eingabehilfen, sogenannte Wizards, die den Nutzer bei der Parametrierung des Programmablaufs unterstützen. So kann beispielsweise ein Bewegungsablauf über einen Wizard graphisch festgelegt werden. Auch Montageprozesse wie zum Beispiel Schrauben oder das Einklipsen von Bauteilen sind mit Hilfe von Kraftregelung und der Lokalisierung von Werkstücken über Kameras typische Einsatzmöglichkeiten. Über die Cloud kann die Software intern mit beliebig vielen anderen Robotern vernetzt werden. So können nicht nur einzelne Funktionsbausteine, sondern ganze Programme mehrfach genutzt werden. Die Software basiert auf dem frei verfügbaren Robot Operating System (ROS), und lässt sich so bei Bedarf auch vom Kunden selbst um individuelle Schnittstellen erweitern.

Technische Details

Videoschnitt trifft intuitive Roboterprogrammierung

Der Lehrstuhl für Robotik und Eingebettete Systeme der Universität Bayreuth hat das Konzept der Playback-Programmierung um eine graphische Benutzeroberfläche erweitert. Damit lassen sich Programme nachträglich editieren oder externe Sensorik einfach anbinden.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden schon unterschiedliche Ansätze entwickelt. So wird im Bereich des „Programmierens durch Vormachen“ der Roboter mithilfe von mehreren Demonstrationen der auszuführenden Aufgabe programmiert. Ein weiterer Ansatz ist das Programmieren durch Virtuelle oder Erweiterte Realität (VR/AR), bei der der Benutzer das Robotersystem mithilfe von VR-/AR-Brillen und Zeigegesten programmiert. Als letzter Ansatz sei die Playback-Roboterprogrammierung genannt, bei der der Benutzer den Roboter an die Hand nimmt und ihn selbst durch die gewünschte Aufgabe führt, wobei ein Programmiersystem im Hintergrund die demonstrierte Ausführung aufzeichnet. Die aufgezeichnete Aufgabenausführung wird im Anschluss vom Roboter identisch wieder abgespielt.

Schon seit der Entwicklung der ersten Robotersysteme beschäftigen sich Forscher mit der Frage, wie eben diese schnell und intuitiv programmiert werden können. Die Hypothese dabei lautet, dass Robotersysteme rentabler werden und sich somit in kleinen- und mittelständischen Unternehmen und Haushalten weiterverbreiten, je intuitiver diese programmiert werden können. Dabei steht im Vordergrund, dass die Bedienung und Programmierung der Robotersysteme durch Nicht-Experten stattfinden können muss, welche keinerlei Kenntnisse einer Programmiersprache besitzen.

Der Lehrstuhl für Robotik und Eingebettete Systeme der Universität Bayreuth nimmt das Konzept der Playback-Programmierung auf und erweitert es um eine graphische Benutzeroberfläche. Die Benutzeroberfläche zeichnet sich dadurch aus, dass sie Elemente des Videoschnitts verwendet und das Editieren der aufgezeichneten Roboterprogramme erlaubt. Der graphische Aufbau ist dabei an den typischen Aufbau von Videoschnittsoftware angelehnt, in dem einzelne Zeitleisten für verschiedene Roboter(-komponenten) des Systems, eine 3D-Vorschau für die Simulation der Roboterbewegungen und eine Werkzeugleiste für verschiedene Funktionen zur Verfügung gestellt werden. Zentraler Bestandteil des Programmiersystems ist dabei die Übersetzung des handgeführten Roboterprogramms in eine graphische Darstellung entlang von Zeitleisten, welche möglichst leicht verständlich sein soll. Auf dieser Darstellung lässt sich vor dem Ausführen eines Programms die aufgezeichnete Bewegung editieren und erweitern, so dass aus der ursprünglichen Aufzeichnung sehr komplexe Roboterprogramme entstehen können.

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Ein Screenshot der graphischen Benutzeroberfläche mit zwei Robotern. © Uni Bayreuth Nachträgliche Editierbarkeit und Einbindung von Sensorik

Zu den Besonderheiten des Systems zählt zum einen die nachträgliche Editierbarkeit der aufgezeichneten Programme und zum anderen die einfache Einbindung externer Sensorik, um auf Änderungen der Umgebung reagieren zu können. Durch die Darstellung der Roboterprogramme entlang von Zeitleisten ist es möglich, diese per Drag-and-Drop mit typischen Editiermöglichkeiten des Videoschnitts (kopieren, einfügen oder löschen) zu bearbeiten. Somit können Teilbereiche der aufgezeichneten Bewegungen wiederholt werden und Fehler aus dem Programm entfernt werden, ohne dass eine erneute Aufzeichnung der vollständigen Bewegung notwendig ist.

Zusätzlich erhalten die Benutzer die Möglichkeit, Sensoreindrücke in Form von beispielsweise Kamerabildern in die Roboterprogramme einzufügen und diese während der Ausführung auszuwerten. Mit Hilfe der Sensorik besteht die Möglichkeit, anhand der festgestellten Umgebungszustände Wiederholungen oder Alternativen in die Programme einzubauen. Während bei Wiederholungen anhand des Sensoreindrucks entschieden wird, ob ein Teilbereich eines Programms ein weiteres Mal ausgeführt werden soll, wird bei einer Alternative entschieden, welches Teilprogramm ausgeführt wird. Diese Funktionalität ist an den Konzepten der Schleife und der bedingten Anweisung angelehnt, welche als Kontrollstrukturen in der klassischen Programmierung ebenfalls anzutreffen sind.

Anwendungsmöglichkeiten

Die Einsatzfelder dieses Programmierkonzeptes sind vielfältig und können insbesondere im Bereich der Kleinserienproduktion angewendet werden. Die auf Nicht-Experten ausgerichtete Bedienung ermöglicht die schnelle Erstellung neuer Programme, was bereits bei kleinen Änderungen in der Umgebung notwendig ist. Zeitgleich kann durch die Handführung bei Prozessen, welche besondere Fertigkeiten erfordern, wie beim Beschichten von Oberflächen, die Erfahrung des Benutzers in den Programmierprozess direkt integriert werden. Eine Anwendungsmöglichkeit bildet die Montage von Baugruppen oder das Sortieren von Werkstücken, für die ein Industrieroboter mit Greifer genutzt wird. Beim Sortieren können dann die Sensoreindrücke verwendet werden, um zwischen unterschiedlichen Werkstücken zu unterscheiden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist das Auftragen von Material auf Werkstücken. Hierbei wird zum Beispiel im Fall von Faserspritzprozessen ein Faser-Schlicker-Gemisch auf einer Rohform aufgetragen. Für einen solchen Prozess sind neben dem Roboter weitere Geräte zu programmieren, die ebenfalls in die Benutzeroberfläche integriert werden.

Derzeit existieren zwei Prototypen, welche in den oben genannten Anwendungsmöglichkeiten genutzt werden. Für die Zukunft ist geplant, die Benutzeroberfläche um weitere Funktionen, wie dem manuellen Anpassen der Bewegung innerhalb der 3D-Simulation, zu erweitern und die Bedienung der neuen Funktionen für einen Nicht-Experten intuitiv zu gestalten. as

© MHI Kurz erklärt: Der MHI e.V.

Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhl­inhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotik­bereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: