Programmierung von Cobots

Was die Leistung der Cobot-Programmierung umfasst

Wir schreiben Steuerprogramme und richten kollaborierende Roboterarme auf Ihrer Anlage ein, ohne die Arme selbst zu liefern oder herzustellen. Wir erfassen die Geometrie des Arbeitsraums, beschreiben Punkte und Bahnen, legen die Greiflogik fest, den Signalaustausch mit der SPS und der Peripherie und arbeiten Szenarien für Stopp und Rückkehr in die Ausgangsstellung aus. Wir kalibrieren das Werkzeug (TCP) und das Werkstück-Koordinatensystem, damit die Wiederholgenauigkeit innerhalb der Datenblatt-Toleranzen des Arms bleibt. Wenn die Zelle Teile schneidet, schweißt, druckt oder bewegt, erledigt das physisch Ihre Anlage, während unser Verantwortungsbereich das Programm, die Bewegungsparameter und die Integration in die Linie ist. Am Ende erhalten Sie einen eingefahrenen Zyklus, eine Dokumentation zu Punkten und Signalen sowie Anleitungen für die Bediener.

Wie Prozess und Technologie aufgebaut sind

Die Cobot-Programmierung baut auf der Kinematik des Arms auf: Wir geben Positionen in kartesischen und Gelenkkoordinaten vor, und der Planer berechnet die Bahn dazwischen unter Kontrolle von Geschwindigkeit, Beschleunigung und Singularitätszonen. Bewegungen geben wir über Primitive für lineares, kreisförmiges und gelenkbezogenes Verfahren vor und binden sie an das Werkstück-Koordinatensystem statt an absolute Bodenkoordinaten, damit ein Umrüsten der Vorrichtung das Programm nicht zerstört. Die Ein- und Ausgänge synchronisieren den Roboter mit Spannern, Förderband und Sensoren: Ein Bereitschaftssignal startet den Zyklus, eine Rückmeldung bestätigt Griff und Position. Für die Zusammenarbeit mit Menschen stellen wir Grenzwerte für Kraft, Leistung und Geschwindigkeit ein sowie Verzögerungs- und Sicherheitshaltezonen. Vor der Übergabe wird der Zyklus mit reduzierter Geschwindigkeit durchgefahren und anschließend bei Messung der Wiederholgenauigkeit auf das Arbeitstempo gebracht.

Geschichte der Roboter und Cobots

Die Industrierobotik wird ab Unimate gezählt: George Devol reichte 1954 ein Patent auf den programmierbaren Transport von Werkstücken ein und erhielt es am 13. Juni 1961, und der erste Arm ging 1961 bei General Motors in New Jersey in Betrieb. Devol gründete gemeinsam mit Joseph Engelberger das weltweit erste Robotikunternehmen Unimation; der hydraulische Unimate hatte fünf Freiheitsgrade und nahm den Menschen gefährliche Arbeiten mit glühenden Gussteilen und beim Schweißen ab. Die Idee des kollaborierenden Roboters reifte später: Universal Robots wurde 2005 in Odense (Dänemark) von Esben Østergaard, Kasper Støy und Kristian Kassow gegründet. Im Dezember 2008 kaufte das dänische Unternehmen Linatex einen UR5-Arm und stellte ihn ohne Schutzzaun neben die Mitarbeiter – das gilt als erste kommerzielle Anwendung eines Cobots. So legte der Arm in einem halben Jahrhundert den Weg von der hinter Gittern isolierten Maschine zum Gerät zurück, das Seite an Seite mit dem Menschen arbeitet.

Warum der Software- und Präzisionsanteil kritisch ist

Der Arm allein hält nur seine Datenblatt-Wiederholgenauigkeit; ob er den richtigen Punkt am Teil trifft, entscheidet die Kalibrierung von Werkzeug und Werkstück-Koordinatensystem. Ein Fehler bei der TCP-Festlegung oder beim Werkstücknullpunkt von Bruchteilen eines Millimeters führt an einem langen Arm zu einem sichtbaren Versatz von Naht, Schnitt oder Setzpunkt. Die Bahn ist nicht weniger wichtig als die Koordinaten: Sprünge bei Geschwindigkeit und Beschleunigung erzeugen Vibration, Verschleiß und Ausschuss an den Kanten des Teils, weshalb das Bewegungsprofil berechnet und nicht nach Augenmaß vorgegeben wird. In der Nähe von Menschen ist der Softwareanteil auch für die Sicherheit zuständig – Kraft- und Geschwindigkeitsgrenzen, Verzögerungszonen und die Reaktion auf Berührung werden ins Programm eingearbeitet und durch Messungen überprüft. Deshalb entscheidet bei der Cobot-Programmierung über das Ergebnis am Teil nicht der Arm selbst, sondern die Korrektheit der Einrichtung und die Sorgfalt der Bahnen.

Mit welchen Sprachen und Werkzeugen wir arbeiten

Für die Plattform Universal Robots schreiben wir in URScript – das erlaubt eine feinere Steuerung von Bewegung, Ein-/Ausgabe und Logik als über die grafische Oberfläche des Bedienpanels. Für flexible Zellen mit Bildverarbeitung und komplexer Planung nutzen wir ROS2 als Bindeglied und MoveIt zur Bahnberechnung, Kollisionsprüfung und Hindernisumfahrung. Auf Industriearmen von ABB arbeiten wir in RAPID, auf Technik von KUKA in KRL und beschreiben Punkte, Werkzeuge, Koordinatensysteme und den Signalaustausch mit der Anlage der Linie. Der Stack richtet sich nach Fabrikat Ihres Arms und nach der Aufgabe, nicht umgekehrt: Bei einem einzelnen UR genügt URScript, bei einem gemischten Park ist eine Schicht aus ROS2 und MoveIt gerechtfertigt. In allen Fällen gilt dasselbe Ergebnis – Programm und Einrichtung für Ihre Anlage, ohne dass wir die Roboter selbst liefern.

Wann die wichtigsten Sprachen und Standards entstanden

Die Sprache RAPID führte ABB 1994 zusammen mit der Steuerung S4 ein, und sie ist bis heute die wichtigste für ABB-Arme. KUKA stellte die Sprache KRL 1996 mit dem Erscheinen der PC-Steuerung KRC1 vor. Das Robotik-Framework ROS wurde erstmals am 7. November 2007 bei Willow Garage öffentlich, das 2006 gegründet wurde; das Planungspaket MoveIt wurde 2012 vorgestellt, und das erste stabile Release von ROS2 (Ardent Apalone) erschien am 8. Dezember 2017. Parallel bildete sich die Sicherheitsnormung heraus: Der Basisstandard für Industrieroboter ISO 10218 wurde 2011 veröffentlicht, die spezielle Spezifikation für kollaborierende Roboter ISO/TS 15066 im Februar 2016. Diese Dokumente geben den Rahmen für Kraft- und Geschwindigkeitsgrenzen vor, an dem wir uns bei der Einrichtung der Zusammenarbeit orientieren.

Warum Sie das uns anvertrauen können

Die gesammelte IT-Erfahrung unseres Entwicklungsteams übersteigt 45 Jahre, und wir gehen Arme als Ingenieuraufgabe an, nicht als Einrichtung einer Box nach Anleitung. Zuerst analysieren wir Kinematik, Vorrichtung und Signalschema Ihrer Linie, dann schreiben und fahren wir den Zyklus ein und halten Punkte, Koordinaten und Bewegungsparameter in einer Dokumentation fest, die auch ohne uns lesbar ist. Jeder Zyklus wird vor dem scharfen Start geprüft: Durchlauf bei reduzierter Geschwindigkeit, Messung der Wiederholgenauigkeit, Kontrolle von Kräften und Haltezonen dort, wo Menschen in der Nähe sind. Wir grenzen die Verantwortungsbereiche ehrlich ab – schneiden, schweißen, drucken und Teile bewegen tut Ihre Anlage, während wir für Programm und Einrichtung verantwortlich sind. Dieser Ansatz zur Cobot-Programmierung liefert ein vorhersagbares Ergebnis an Ihrem Teil und lässt Ihnen ein transparentes, wartbares Programm.