Know How : Einen Roboter in 5 Schritten programmieren

Bei der Konfigurierung eines Cobots geht es nicht nur um die reine Entwicklung eines Programms, sondern auch darum, logisch zu denken und einen Bewegungsablauf oder Prozess vereinfacht abzubilden. Der genaue Ablauf bei der Programmierung einer Roboter-Applikation ist immer abhängig vom individuellen Automatisierungsbedarf und der konkreten Zielsetzung. In den meisten Fällen, etwa bei einer gängigen Pick & Place-Anwendung, läuft sie aber nach einem bestimmten Muster ab. Dieses ist im Folgenden in fünf Schritten zusammengefasst.

Schritt 1: Das Werkzeug einrichten

Von Greifern verschiedener Typen über Klebepistolen bis hin zu Schweißgeräten – kollaborierende Roboter lassen sich je nach konkretem Bedarf mit einer Vielzahl unterschiedlicher Werkzeuge, auch Endeffektoren genannt, ausrüsten. Für alle darauffolgenden Programmierschritte ist es von zentraler Bedeutung, dass der Roboter zunächst einmal weiß, mit welchem Endeffektor er arbeitet. Dafür sind die drei Variablen Tool Center Point (TCP), Werkzeugschwerpunkt und Nutzlast zu bestimmen und in die Programmieroberfläche einzugeben.

Schritt 2: Wegpunkte und Bewegungsarten festlegen

Ist das Werkzeug eingerichtet, geht es an die Definition der Wegpunkte. Die Wegpunkte sind die einzelnen Stationen, die der Roboter in jedem Zyklus der Anwendung nacheinander abfährt. Definiert werden diese jeweils durch die Position, die der TCP an der entsprechenden Stelle einnimmt. Ein Roboterprogramm in seiner einfachsten Form besteht lediglich aus verschiedenen Wegpunkten, den Bewegungen zwischen diesen sowie entsprechenden Aktionsbefehlen an den bestimmten Wegpunkten. Die einzelnen Wegpunkte können je nach Bedarf über die Handführung des Roboterarms, die Steuerung des Arms über die Bedienoberfläche oder über die Eingabe von Koordinaten festgelegt werden. Für die Konfiguration der Bewegungen zwischen den Wegpunkten bestehen verschiedene Optionen: die Gelenkbewegung, die Linearbewegung oder die konstante Bewegung. Um einen Roboter zu programmieren, werden verschiedene Bewegungstypen miteinander kombiniert – etwa eine Linearbewegung zum senkrechten Aufnehmen des Werkstücks und eine anschließende Gelenkbewegung, um es möglichst schnell direkt über den Ablageort zu befördern. Die Kombination der beiden Bewegungstypen gewährleistet, dass das Programm den Anforderungen der Anwendung an den jeweiligen Stellen – Schnelligkeit (Gelenkbewegung) sowie korrektes Erfassen des Werkstücks (Linearbewegung) – gerecht wird.

Schritt 3: Interaktion mit Geräten konfigurieren

Selbstredend besteht eine Applikation nicht nur aus den richtigen Bewegungen des Roboters. An bestimmten Wegpunkten soll auch der Endeffektor entsprechend in Aktion treten. Die Programmierung des Endeffektors ist integriert in die Nutzeroberfläche des Roboters und kann an den entsprechenden Wegpunkten daher sehr einfach als Aktionsbefehl programmiert werden. Wichtig dabei: Sobald ein Greifer ein Werkstück aufnimmt bzw. wieder ablegt, ändert sich seine Nutzlast – dies ist bei der Programmierung an den entsprechenden Wegpunkten zu berücksichtigen. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, sogenannte Threads anzulegen. Ein Thread ist ein separates Programm, das parallel zum Hauptprogramm des Roboters läuft und an bestimmten Stellen mit diesem synchronisiert werden kann. Mit diesem lässt sich beispielsweise ein Förderband steuern, von dem der Roboterarm Werkstücke entnehmen soll.

Schritt 4: Die Sicherheit gewährleisten

Die Applikation ist nun bereits funktionsfähig. Damit sie jedoch auch kollaborativ wird – das heißt ohne Schutzumhausung in der unmittelbaren Umgebung von Menschen arbeiten kann – ist die Implementierung von Sicherheitsfunktionen essenziell. Auch hier bestehen verschiedenste Möglichkeiten, die sich je nach Bedarf kombinieren lassen, um das erforderliche Maß an Sicherheit und gleichzeitig möglichst kurze Zykluszeiten zu garantieren. Zu den wichtigsten zählen der Not-Aus, der Sicherheitsstop und der reduzierte Modus. Die Sicherheitsfunktionen können anschließend auf verschiedene Weisen, etwa Scanner oder virtuelle Ebenen, ausgelöst werden. Grundsätzlich gilt beim Thema Arbeitssicherheit, jede Anwendung individuell zu betrachten. Als sicher kann sie erst gelten, sobald die obligatorische Risikobeurteilung erfolgreich abgeschlossen ist. Diese wird üblicherweise von einem Systemintegrator oder einer offiziellen Prüfstelle durchgeführt.

Schritt 5: Die Zykluszeiten optimieren

Im letzten Schritt sollte die Fahrzeit des Roboters zwischen den Wegpunkten verkürzt werden, um die Zykluszeiten der Applikation weiter zu optimieren. Dabei spielt das Einstellen von Verschleifradien eine wesentliche Rolle: Ohne diese stoppt der Roboter seine Fahrt an jedem Wegpunkt für einen kurzen Moment, um seine Bewegungsrichtung auf den nächsten Wegpunkt auszurichten. Durch das Einstellen von Verschleifradien fährt er Wegpunkte nicht komplett an, sondern fährt in einer Kurvenbewegung an diesen vorbei und kann so seine Geschwindigkeit konstant halten. Verschleifradien sind jedoch nicht an jedem Wegpunkt sinnvoll bzw. möglich – wo ein Roboter ein Werkstück etwa senkrecht aufnehmen soll, würde ein Verschleifradius die Applikation unbrauchbar machen. Zu beachten ist außerdem, dass die Risikobeurteilung erst nach abgeschlossener Optimierung durchgeführt wird, da diese ansonsten bei nachträglichen Änderungen ungültig wird.