Portalsysteme : Lenze bringt Robotik ins Portal

Ob Holz, Metall, Kunststoff oder Glas – überall dort, wo Material gestapelt, palettiert oder umgesetzt wird, kommen Portalsysteme zum Einsatz. Angetrieben werden diese häufig noch ganz klassisch von Einzelachsen in Form SPS-gesteuerter Positionierantriebe. Ein eleganterer Weg ist, das Ganze mit Portalroboter-Kinematiken und mehrachskoordinierten Achsen im Raum zu realisieren. Die Vorteile liegen auf der Hand: höhere Produktivität, mehr Flexibilität und geringere Kosten. Doch der Einsatz ausgewachsener Roboterfunktionen scheitert bis dato häufig an der aufwendigen Programmierung und dem möglicherweise fehlenden Robotik-Know-how auf Seiten der Maschinenbauer. Lenze zeigt, dass es auch anders geht - mit seinen kompletten Softwarelösungen für Robotik Anwendungen aus der Applikation Software Toolbox FAST.

Umdenken lohnt sich: Portalsysteme finden sich in vielen Branchen, doch egal ob in der Intralogistik, in Verpackungsmaschinen oder der Montage- und Handhabungstechnik, die Umstellung von einer einfachen Positionieranwendung auf eine mehrachskoordinierte Bewegung bringt handfeste Vorteile mit sich, von denen der Maschinenbauer wie auch der Maschinenbetreiber profitieren: Sanfte, in sich synchrone Fahrprofile sind im Vergleich zur Punkt-zu-Punkt-Positionierung von Einzelachsen wesentlich schonender für die Mechanik der Maschine, zudem deutlich energieeffizienter auslegbar und mit kleineren Antrieben sowie weniger Leistung schneller unterwegs.

Mit dem neuen FAST-Technologiemodul wird die Implementierung denkbar einfach: Es verpackt die Robotik zu einer leicht zu parametrierenden Antriebslösung mit vollwertigem Robotikkern im Inneren, die genauso einfach projektierbar ist wie eine einzelne Positionierachse. Es ist so einfach anzuwenden, dass damit SPS-gesteuerte Portale mit nacheinander ablaufenden Bewegungsbefehlen sehr gut ersetzt werden können. Dank der verwendeten offenen Standards PLCopen Motion Control und Coordinated Motion sowie der IEC 61131-Programmierumgebung lassen sich mit FAST weitere Antriebsaufgaben perfekt integrieren. So können zum Beispiel die vor- und nachgelagerten Förderantriebe mit demselben Controller und Antriebsreglern realisiert werden.

Selbst anspruchsvolle mehrachskoordinierte Antriebsverbunde lassen sich durch die komplette und intensiv getestete Softwarelösung ohne spezielles Wissen über die Programmierung von Robotern schnell und sicher nutzen. Weil sich der Maschinenbauer nicht mehr auf die Bewegungssteuerung konzentrieren muss, gewinnt er wertvolle Zeit für das Wesentliche, nämlich das Engineering der eigentlichen Maschinenfunktionen und die Optimierung der Prozesse – was in Summe seine Wettbewerbsfähigkeit steigert.

In dem Technologiemodul für Pick & Place-Anwendungen ist ein leistungsfähiger Robotik-Kern mit sechs Freiheitsgraden integriert, der in seiner Form wirklich neuartig ist und höchste Flexibilität ermöglicht: Die Robotik ist in Kinematik und Bahnplanung aufgeteilt. Die geometrische Berechnung des Roboters, das kinematische Modell, wurde mit einem universellen Verfahren zur Koordinatentransformation in Zusammenarbeit mit Universitäten im Kern integriert. Dadurch sind auch kundenspezifische Kinematiken schnell und sicher abzubilden. Die Bahn kann unabhängig von der Kinematik geplant werden. Erst die Zuordnung des Kinematikmodells zu den bewegungserzeugenden Bausteinen weist dem Roboter die Bewegung zu. Das hat einen großen Vorteil, denn sollte sich die Kinematik einmal ändern, kann das komplette Programm bestehen bleiben. Man muss lediglich parametrieren, nicht umprogrammieren.

Der Robotik-Kern unterstützt die klassischen Bewegungsbefehle: linear, zirkular und Point-to-Point. Diese Bewegungsbefehle nach PLCopen Part4 Coordinated Motion stehen in einer IEC61131-Programmierumgebung zur Verfügung. Mit den PLCopen-Funktionalitäten „Buffer-Mode“ und „Blending“ werden Funktionen wie „Look-Ahead“ und Verschleifen der Bewegung realisiert. Um den spezifischen Anforderungen der Robotik gerecht zu werden, hat Lenze den PLCopen-Befehlssatz sogar um einige spezifische Funktionen erweitert.

Lenze bietet integrierte Kinematikmodelle für Delta2-, Delta3-, Knickarm-, Scara- sowie verschiedene Arten von Portalrobotern an. Zusätzlich zu den bis zu sechs Hauptachsen können Hilfsachsen angesteuert werden, wodurch insbesondere geschwindigkeitsabhängige Prozesse einfach umgesetzt sowie jegliche Arten von Werkzeugen am TCP (ToolCenterPoint) betrieben werden können. Auch eine Synchronisation des Roboters auf ein Förderband, bspw. zum Greifen von bewegten Objekten, ist möglich.

Zusammengefasst ausgedrückt, sind damit alle notwendigen Elemente zur Lösung der Aufgabe im Technologiemodul und im Kinematikmodell enthalten. Es geht also nur noch darum, wie ein Bewegungsauftrag auszusehen hat und nicht, wie ein Roboter zu programmieren ist.

Das Konzept unterstützt die Modularisierung von Maschinen. Maschinenmodule sind durch die standardisierten Technologiemodule sicher lösbar und können wiederverwendet werden, was letztlich das Engineering massiv verkürzt. Die Qualität der Software und deren Wiederverwendbarkeit sind signifikant verbessert, Testaufwände werden reduziert oder können entfallen. Zur Umsetzung der modularisierten Aufgaben in der Steuerung hilft das in Lenze FAST enthaltene Application Template. Die OMAC-Variante des Application Templates ermöglicht es Verpackungsmaschinenbauern, ihre Applikationen nach dem PackML-Standard umzusetzen. Kundenspezifische Programmbestandteile können ebenso einfach wie die Technologiemodule in das Application Template integriert werden.

Ausgewachsene Roboterfunktionen sorgen auch in einfachen Portalsystemen und Stapelautomaten der Handhabungstechnik für handfeste Vorteile, denn Anlagen arbeiten damit wesentlich effizienter und produktiver. Kommen bei der Integration von Roboterkinematiken komplette vorgefertigte Softwarelösungen zum Einsatz, gelingt dies auch ohne spezielles Robotik-Know-how. In Lenzes FAST-Technologiemodulen für Pick&Place-Anwendungen sind Robotik und Motion perfekt vereint: Robotik-Applikationen werden durch einfache Parametrierung anstatt Programmierung auf einem Controller umgesetzt. Nachdem der Controller auch die Steuerung der weiteren Achsen der Anlage und des Prozesses übernehmen kann, entfällt die Programmierung aufwendiger Schnittstellen. Der Engineeringprozess wird einfacher und durchgängig, Schulungs-, Programmier-, Inbetriebnahme- und Testaufwände lassen sich deutlich reduzieren. Dank Lenze FAST wird eine komplexe Pick & Place-Bewegung so einfach wie eine Einzelachsbewegung zum Positionieren – Engineeringzeiten und –kosten sinken.