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antriebstechnik 6/2023

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antriebstechnik 6/2023

FORSCHUNG UND

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG REVERSE-ENGINEERING EINES INDUSTRIEROBOTERS Industrieroboter werden aufgrund ihrer Flexibilität neben den klassischen Handhabungsaufgaben zunehmend auch in der Fertigung eingesetzt. Die dafür verfügbaren Industriesteuerungen der Roboterhersteller bieten keine offene und gleichzeitig hochfrequente Schnittstelle, um neue Steuerungs- und Regelungskonzepte zu erforschen. Aus diesem Grund wurde am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) die Steuerung eines Industrieroboters durch eine offene Steuerungsarchitektur ersetzt. Die modifizierte Steuerung dient zukünftig als Plattform zur Erforschung neuartiger Regelungsstrukturen am Roboter. Der folgende Artikel beschreibt den Prozess des Reverse Engineering und die sich daraus ergebenden Möglichkeiten. Valentin Kamm und Alexander Verl, Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universität Stuttgart 40 antriebstechnik 2023/06 www.antriebstechnik.de

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG Aufgrund zunehmender Individualisierung ist Wandlungsfähigkeit in der Produktion von großer Bedeutung. Die hohe Flexibilität von Industrierobotern bietet dabei besonders viele Möglichkeiten. Steigende Anforderungen an Genauigkeit und Dynamik in der Produktion erfordern eine Anpassung bestehender Regelungskonzepte. Während Handhabungsprozesse oder prozesskraftfreie Fertigungsverfahren in der Regel mit der herkömmlichen Gelenklageregelung eines Industrieroboters realisiert werden können, erfordern andere Prozesse eine Anpassung der Regelungsstrategie. Ein Forschungsprojekt am ISW als Teil des Verbundprojekts Software-defined Manufacturing für die Fahrzeug- und Zulieferindustrie (SDM4FZI) beschäftigt sich mit der Entwicklung angepasster Regelungskonzepte für verschiedene Fertigungsverfahren und der adaptiven Umschaltung zwischen den für den jeweiligen Prozess benötigten Reglern. Die Hauptproblematik dieses Vorhabens ist, dass proprietäre Steuerungsarchitekturen industrieller Roboterhersteller keine tiefergehenden Eingriffe in die Steuerung und Regelung erlauben. Einige Hersteller bieten Schnittstellen zur Kommunikation mit einer externen Steuerung wie zum Beispiel KUKA mit dem Robot Sensor Interface (RSI) oder ABB mit der Externally Guided Motion (EGM) an. Diese ermöglichen eine zyklische Einflussnahme auf die Roboterbewegung zur Anpassung an Fertigungsverfahren. Derartige Schnittstellen sind jedoch mit Totzeiten verbunden und erlauben keine hochfrequente Steuerung der Roboterachsen. Insbesondere die echtzeitkritische Regelung des Roboters sollte nicht über eine solche Kommunikationsschnittstelle erfolgen, da sich die erhöhte Zykluszeit direkt auf die Genauigkeit und Stabilität auswirkt. Aus diesem Grund muss die Steuerungsarchitektur modifiziert werden, um neuartige Regelungsstrukturen für einen Industrieroboter zu untersuchen. 01 Gesamtschema der Steuerungsarchitektur 02 Bodediagramm für das Übertragungsverhalten von Motormoment auf Motordrehzahl für Gelenk 3 und Vergleich mit dem modellierten Verhalten; rechts ist das elastische Modell der Gelenke schematisch dargestellt STEUERUNGSARCHITEKTUR Als Plattform dient ein ABB IRB 4400 6-Achs-Knickarmroboter dessen Steuerung vollständig ausgetauscht wird. Lediglich die Servomotoren mit den zugehörigen Winkelgebern in den Gelenken werden weiterhin verwendet. Zur Ansteuerung der STUTTGARTER LAGERREGELSEMINAR DES ISW Das ISW veranstaltet am 12. & 13. September 2023 das Stuttgarter Lageregelseminar (LRS). Dort werden zum einen industrienahe Forschungsthemen des ISWs im Bereich Antriebs- und Maschinentechnik, Additive Fertigung sowie Industrie- und Seilrobotik vorgestellt und zum anderen werden Vorträge von Vertretern aus der Industrie gehalten. Auf der zweitägigen Veranstaltung geben Referenten aus Industrie und Forschung einen Einblick zu aktuellen Forschungsergebnissen und Entwicklungen. Es werden zwei Keynotes und insgesamt sechs Sessions zu den jeweiligen Teildisziplinen mit je einem Vortrag aus der Forschung und Industrie angeboten. Mehr Informationen finden auf der Webseite des Lagerregelseminars. Dieser Beitrag gibt einen Einblick in eines der am Seminar behandelten Themen. www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2023/06 41