Roboter
Geschichte
Zuerst muß man einmal eine
Unterscheidung zwischen Automaten und Robotern treffen.
Ein Automat ist eigentlich
nichts anderes als ein einfaches Gerät das einen genau definierten
Arbeitsvorgang immer wiederholt. Wird dieser Arbeitsvorgang einmal nicht mehr
benötigt, kann man diesen Automaten wegwerfen. Vergleichen kann man dies mit
diesen vorzeitlichen Spielautomaten. Ist das Spiel nicht mehr
interessant, kann man ihn auch nur mehr entsorgen.
Solche Automaten wurden in
der Industrie eigentlich schon sehr früh eingesetzt. Vor allem in der Autoindustrie wurden sie zum
Punktschweißen oder Lackieren verwendet.
1969 wurden schon 75% aller Schweißarbeiten bei General Motors
von solchen Automaten ausgeführt.
War der spezielle Autotyp
jedoch nicht mehr gefragt, so wurden 60 bis 70% dieser starren Schweißvorrichtungen
verschrottet.
Frei programmierbare
Automaten waren damals noch nicht möglich.
Die Entwicklung der Roboter
begann erst nach der Miniaturisierung der Computerbauteile. Vorher wäre
wohl nur ein Roboter in der Größe eines Wohnzimmers möglich gewesen.
Einer der ersten Roboter war SHAKEY,
er wurde in den späten 60Jahren an der Standford Research Instituts in den USA
entwickelt.
SHAKEY konnte Bausteine
übereinanderstapeln. Als Sensor diente ihm eine ein eingebauteFernsehkamera.
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Die Pumas markierten
eigentlich das Zeitalter der modernen Roboter.
Technische
Weiterentwicklungen gab es vor allem im Bereich der Sensorik, und Wartung.
Moderne Schweißroboter z.B.
erkennen selbst welcher Fahrzeugtyp gerade vor ihnen steht, Sie tauschen
selbständig das Werkzeug, und wenn nötig schleifen sie das Werkzeug auch nach.
Aufbau eines Roboters
Von Robotern gibt es
unzählige Varianten. Ich will mich hier nur speziell mit den Aufbau eines
Industrieroboters beschäftigen.
Ein solcher ist einmal grundsätzlich
nicht mobil, also stationär, angebracht.
Dafür benötigt man ein
Portal oder ein Gestell.
Der Vorteil eines Portales
ist natürlich die höhere Bewegungsfreiheit des Roboters, sein Arbeitsbereich
ist also um einiges größer, da er sich auf einer Linie bewegen kann.
Noch größeren Arbeitsplatz
bietet ein Kreuzportal, bei dem der Roboter sich frei in 2 Richtungen bewegen
kann.
Dieser Platz kann z.B zum
abstellen von Paletten, Werkzeugen oder fertig bearbeiteten Werkstücken dienen.
Portale sind auch Vorteilhafter, da sich der Roboter aus fast allen Richtungen
beschicken läßt, d.h das Werkstück kann aus allen Richtungen kommen.
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Der Roboter kann auch an
Säulen, Auslegern oder auf einem Fahrgestell angebracht werden.
Als nächstes hat jeder
Roboter mindestens ein Führungsgetriebe, also einen Arm.
Hier gibt es fast für jeden
Einsatzbereich verschiedene Varianten.
Am häufigsten wird wohl der Drehgelenkarm
benötigt., da er für die meisten Anwendungen genügend Bewegungsfreiheit
bietet.
Noch mehr Bewegungsfreiheit
bietet der sogenannte Rüsselarm. Hierbei hat der Elefantenrüssel als Vorbild
gedient. Ist es z.B nötig beim Lackieren Hohlräume von innen auszuspritzen ist
ein Rüsselarm unentbehrlich.
Wird eine geradlinige
Bewegung kann man normalerweise auch mit mehreren Dreharmen ausführen, doch
wenn eine exakte Gerade gefordert ist muß man einen Lineararm verwenden
oder wenn der Platz sehr beschränkt ist verwendet man einen Teleskoparm.
In der Montage von
Kleinteilen ist vor allem Geschwindigkeit gefragt, deshalb werden hier
Pendelarme verwendet. Der Arm ist mit einer nach allen Seiten drehbaren
Aufhängung im Schwerpunkt an einem Gestell angebracht.
Die Pendelachse erreicht eine
Beschleunigung von 760°/s², das entspricht einer Bahnbeschleunigung von
10m/s² am Effektor.
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Es ist sehr wichtig, daß man
für jedes Werkstück den richtigen Greifer verwendet.
Je nach Art des Werkstückes
gibt es verschieden Prinzipien von Greifern.
Soll das Werkstück geschont
werden wird man z.B. keinen Greifer verwenden der das Werkstück einklemmt,
sondern es umschließt. Für Metalle eignen sich auch Greifer die das Werkstück
im Magnetfeld halten. Der Vorteil hier ist, daß das loslassen und einhalten
sehr schnell durch einfaches aktivieren bzw. deaktivieren des Magnetfeldes
funktioniert.
Kommen wir zur Steuerung
des Roboters.
Es gibt 3 Arten der Steuerung.
Die Punkt zu Punkt Steuerung,
wobei man hier synchron oder asynchron Steuern kann.
Die Bahnsteuerung, und die
Multipunktsteuerung.
Bei der Punktsteuerung
fährt der Roboter, wie der Name schon
sagt von seinem Ausgangspunkt zum Zielpunkt. Der Nachteil ist, daß der
Programmierer keinen Einfluß auf die Bahn hat. Es gibt hier zwei Methoden: Bei
der asynchronen fährt jeder Motor mit maximaler Geschwindigkeit auf
seine Endstellung zu, also so wie die Robotersteuerung bei uns in der 3 Klasse,
die Bahn die der Roboter dabei abfährt ist kaum einzuschätzen
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Die nächst Möglichkeit ist die Bahnsteuerung
Bei der Bahnsteuerung ist
nicht nur der Zielpunkt festgelegt, sondern auch der Weg den der Effektor dabei
nehmen soll. So ist es möglich Arbeit auf diesem Weg zu verrichten wie z.B
Kleben, Bahnschweißen oder entgraten.
Bei der Programmierung werden
nur die Stützpunkte der Bahn vorgegeben, die notwendigen Zwischenpunkte werden
dann von der Steuerung interpoliert. Diese Art der Steuerung ist aber viel
langsamer als PTP.
Die Multipunktsteuerung ist
eigentlich eine Punktsteuerung. Es werden nur sehr viele Punkte gespeichert und
dann angefahren. Die Punkte werden jedoch nicht exakt angefahren, sondern
während der Fahrt wird schon der nächste Punkt geladen und angefahren. Also z.B
wenn der Roboterarm gerade den Punkt2 anfährt wird Punkt 3 geladen und
angefahren. Dadurch tritt der Effekt des Überschleifens der Position
ein. Vorteil dieser Methode ist eine gleichmäßige Bewegung, Zeitersparnis und
die Schonung der Motoren da diese nicht andauernd abrupt anhalten müssen.
Multipunktsteuerungen werden dort angewendet wo eine exakte Beschreibung der
Bahn nicht möglich ist. Z.B beim Spritzlackieren, Beschichten oder
Ausschäumen. Die Bewegugnsfolge muß dem Roboter dabei mittels Teach in
vorgeführt werden.
Roboter im Industriebereich
In der Industrie lassen sich
Roboter sehr vielseitig einsetzen.
Hauptsächlich aber zum
Montieren, Schweißen, Beschichten, Kleben, Schleifen , Messen,
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