Adaptive Robotersteuerung
Realitätsnahe Simulation von Greifprozessen
Durch Robot Vision können heute viele Industrieprozesse wirtschaftlich automatisiert werden. Doch bereits die Projektierung einer Robotikanwendung ist komplex und zeitintensiv. Frühzeitige Tests der Hard- und Software sollen Störungen bei der Inbetriebnahme vermeiden. Die Entwicklung und Verbesserung von Greifprozessen erfolgt mit dem Mikado ARC Simulator vollständig virtuell und soll damit die Inbetriebnahmezeit am Roboter und die Entwicklungskosten für neue Hardwarekomponenten reduzieren.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHIn der industriellen Produktion ist die Robotik eine der am schnellsten wachsenden Technologien. Sie ermöglicht Automatisierern eine hohe Fertigungsflexibilität bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit und Produktivität. Sensoren und moderne Kameratechnik schaffen eine virtuelle Abbildung der Realität, die Roboter befähigt, ihre Umgebung adaptiv zu erfassen und auf Situationen zu reagieren. Beim Griff in die Kiste mit chaotisch liegenden Teilen ermittelt die Robotersteuerung mithilfe einer dreidimensionalen Abbildung in Form einer 3D-Punktewolke, wie Teile sicher gegriffen und lagerichtig weitergereicht werden können. Was für den Betrachter so einfach und selbstverständlich aussieht, sind komplexe Prozesse mit viel Fehlerpotenzial. Ein Roboter führt seine Griffe nur sicher und reproduzierbar aus, wenn viele Faktoren vor Realisierung der Greifsituation bekannt sind und in die Entwicklung einfließen können.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHMögliche Fehlerquellen
Mögliche Fehlerquellen und Störungen möchten Systemintegratoren schon während der Planungs- und Konzeptionsphase weitestgehend ausräumen, um Stillstandzeiten während des produktiven Betriebs und zeitintensive Nacharbeiten zu vermeiden. Doch lange Testphasen mit aufwendig gefertigten Prototypen können die Entwicklung eines Projekts schon im Vorfeld unrentabel machen. Auch die Verbesserung von Taktzeiten oder des Entleerungsgrads kann eine laufende Bin-Picking-Anwendung längere Zeit still legen. Wie können Systemintegratoren die Planung, Inbetriebnahme und Wartung einer Robotikanlage dennoch wirtschaftlich durchführen?
Simulierte Inbetriebnahme
Robotersteuerungslösungen wie Mikado ARC ermöglichen Systemintegratoren die Modellierung der Roboterzelle, der Greiferausführung und vieler weiterer Basisparameter als digitales Abbild einer realen Szene. Mit diesem digitalen Zwilling kann das Anlagenkonzept bereits in automatisch laufenden Simulationsläufen verifiziert und verbessert werden, obwohl zu diesem Zeitpunkt noch kein einziger Prototyp in Realität gefertigt wurde. Die Simulation der Hardwarekomponenten wird mit Hilfe der Planungsdaten und der realen Steuertechnik durchgeführt. Dadurch zeigt die virtuelle Inbetriebnahme Ergebnisse und potenzielle Probleme des geplanten Anlagenkonzepts auf, und zwar schneller, kostengünstiger und mit viel größeren Variationsmöglichkeiten, als es mit einer realen Testanlage möglich wäre. Und alle dabei ermittelten Erkenntnisse und Parameter können bei der folgenden realen Inbetriebnahme 1:1 weiter verwendet werden.
Mehr Möglichkeiten der Simulation
Mit der virtuellen Kameratechnik erweitert Mikado ARC zudem die Möglichkeiten der Simulation, wodurch sich 3D-Kameradaten adaptiv aus jeder möglichen Ansicht einer Greifsituation synthetisch erzeugen lassen. Das heißt, es müssen keine Kamerabilder einer nachgestellten realen Szene aufgenommen und für die Simulation importiert werden. Sowohl spezielle Problemfälle als auch zufällige Situationen sind damit beliebig oft, hundertprozentig reproduzierbar. Schon während der Planung der Roboterzelle gibt die virtuelle Kameratechnik dem Systemintegrator Anhaltspunkte, wo und wie viele Ensenso-3D-Kameras benötigt werden. Variationen von Modell, Anzahl und Sichtwinkel der Kameras lassen sich im Simulatorbetrieb einfach und kostengünstig vorevaluieren.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHVersorgung mit 3D-Daten
Der Simulator ist eine parallel arbeitende Software, die Mikado ARC mit 3D-Daten der virtuellen Realität versorgt und zusätzlich jede Aktion und Reaktion der Robotersteuerung für den Anwender protokolliert und auswertet. Die Steuerungstechnik arbeitet mit den virtuellen Daten, als wären sie von realen Kameras aufgenommen, berechnet Roboterfahrten, plant automatisch kollisionsfreie Bahnen und greift simulierte Teile aus virtuellen Kisten. Damit visualisiert Mikado ARC auf einfache Art die Arbeitsweise des Roboters und nutzt das Interface zwischen realer und virtueller Welt, um die Produktivität einer Roboteranwendung zu verbessern.
Taktzeiten verbessern
Auch die Umrüstung einer Bin-Picking-Anwendung auf neue Teile bzw. eine Verbesserung der Taktzeiten oder des Entleerungsgrads der verwendeten Teilebehälter unterstützt die adaptive Robotersteuerung Mikado ARC durch den Simulator-gestützten Workflow. Durch Verwendung von 3D-Daten der Kameras und CAD-Daten neuer Bauteile und Greiferprototypen erstellt der Mikado ARC Controller eine realitätsnahe, virtuelle Simulation der Greifsituation. Mithilfe der virtuellen Kameratechnik mit integrierter Physik-Engine lassen sich auch die Behälter mit virtuellen Teilen synthetisieren und in beliebiger Anzahl zufällig befüllen. Damit können Griffvariationen oder auch neue Greifer virtuell ausprobiert werden. Die Auswertung der Simulation ermöglicht verlässliche Vorhersagen über Taktzeiten und den erreichbaren Entleerungsgrad der Boxen. Basierend auf diesen Simulatorergebnissen können die CAD-Daten eines neuen Greiferentwurfs solange verbessert werden, bis die Vorgaben erreicht werden. Die zeit- und kostenintensive Fertigung von Prototypen ist damit nur einmal vor der realen Inbetriebnahme am Roboter notwendig.
Fazit
Die Inbetriebnahme und Anpassung von Bin-Picking-Anwendungen kann mit der Robot-Vision-Komplettlösung Mikado ARC von Isys Vision einfach, schnell und kostensparend durchgeführt werden. Sie bringt Flexibilität in die Produktionslinie und erlaubt zudem eine effiziente Automatisierung im Prototypenbau und Kleinserien. Anwender können dem Roboter in kurzer Zeit, auch ohne Spezialwissen, viel Neues beibringen.Teilewechsel nimmt ein Maschinenbediener ohne Programmieraufwand in wenigen Minuten selbst vor. Zudem lassen sich mit den neuen Simulationsmöglichkeiten Stillstandzeiten und Rüstkosten reduzieren. Die adaptive Robotersteuerung verfügt zudem über eine direkte Anbindung an Maschinensteuerungen mittels Industrieprotokollen wie Profinet oder OPC-UA.
Durch Robot Vision können heute viele Industrieprozesse wirtschaftlich automatisiert werden. Doch bereits die Projektierung einer Robotikanwendung ist komplex und zeitintensiv. Frühzeitige Tests der Hard- und Software sollen Störungen bei der Inbetriebnahme vermeiden. Die Entwicklung und Verbesserung von Greifprozessen erfolgt mit dem Mikado ARC Simulator vollständig virtuell und soll damit die Inbetriebnahmezeit am Roboter und die Entwicklungskosten für neue Hardwarekomponenten reduzieren.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHIn der industriellen Produktion ist die Robotik eine der am schnellsten wachsenden Technologien. Sie ermöglicht Automatisierern eine hohe Fertigungsflexibilität bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit und Produktivität. Sensoren und moderne Kameratechnik schaffen eine virtuelle Abbildung der Realität, die Roboter befähigt, ihre Umgebung adaptiv zu erfassen und auf Situationen zu reagieren. Beim Griff in die Kiste mit chaotisch liegenden Teilen ermittelt die Robotersteuerung mithilfe einer dreidimensionalen Abbildung in Form einer 3D-Punktewolke, wie Teile sicher gegriffen und lagerichtig weitergereicht werden können. Was für den Betrachter so einfach und selbstverständlich aussieht, sind komplexe Prozesse mit viel Fehlerpotenzial. Ein Roboter führt seine Griffe nur sicher und reproduzierbar aus, wenn viele Faktoren vor Realisierung der Greifsituation bekannt sind und in die Entwicklung einfließen können.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHMögliche Fehlerquellen
Mögliche Fehlerquellen und Störungen möchten Systemintegratoren schon während der Planungs- und Konzeptionsphase weitestgehend ausräumen, um Stillstandzeiten während des produktiven Betriebs und zeitintensive Nacharbeiten zu vermeiden. Doch lange Testphasen mit aufwendig gefertigten Prototypen können die Entwicklung eines Projekts schon im Vorfeld unrentabel machen. Auch die Verbesserung von Taktzeiten oder des Entleerungsgrads kann eine laufende Bin-Picking-Anwendung längere Zeit still legen. Wie können Systemintegratoren die Planung, Inbetriebnahme und Wartung einer Robotikanlage dennoch wirtschaftlich durchführen?
Simulierte Inbetriebnahme
Robotersteuerungslösungen wie Mikado ARC ermöglichen Systemintegratoren die Modellierung der Roboterzelle, der Greiferausführung und vieler weiterer Basisparameter als digitales Abbild einer realen Szene. Mit diesem digitalen Zwilling kann das Anlagenkonzept bereits in automatisch laufenden Simulationsläufen verifiziert und verbessert werden, obwohl zu diesem Zeitpunkt noch kein einziger Prototyp in Realität gefertigt wurde. Die Simulation der Hardwarekomponenten wird mit Hilfe der Planungsdaten und der realen Steuertechnik durchgeführt. Dadurch zeigt die virtuelle Inbetriebnahme Ergebnisse und potenzielle Probleme des geplanten Anlagenkonzepts auf, und zwar schneller, kostengünstiger und mit viel größeren Variationsmöglichkeiten, als es mit einer realen Testanlage möglich wäre. Und alle dabei ermittelten Erkenntnisse und Parameter können bei der folgenden realen Inbetriebnahme 1:1 weiter verwendet werden.
Mehr Möglichkeiten der Simulation
Mit der virtuellen Kameratechnik erweitert Mikado ARC zudem die Möglichkeiten der Simulation, wodurch sich 3D-Kameradaten adaptiv aus jeder möglichen Ansicht einer Greifsituation synthetisch erzeugen lassen. Das heißt, es müssen keine Kamerabilder einer nachgestellten realen Szene aufgenommen und für die Simulation importiert werden. Sowohl spezielle Problemfälle als auch zufällige Situationen sind damit beliebig oft, hundertprozentig reproduzierbar. Schon während der Planung der Roboterzelle gibt die virtuelle Kameratechnik dem Systemintegrator Anhaltspunkte, wo und wie viele Ensenso-3D-Kameras benötigt werden. Variationen von Modell, Anzahl und Sichtwinkel der Kameras lassen sich im Simulatorbetrieb einfach und kostengünstig vorevaluieren.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHVersorgung mit 3D-Daten
Der Simulator ist eine parallel arbeitende Software, die Mikado ARC mit 3D-Daten der virtuellen Realität versorgt und zusätzlich jede Aktion und Reaktion der Robotersteuerung für den Anwender protokolliert und auswertet. Die Steuerungstechnik arbeitet mit den virtuellen Daten, als wären sie von realen Kameras aufgenommen, berechnet Roboterfahrten, plant automatisch kollisionsfreie Bahnen und greift simulierte Teile aus virtuellen Kisten. Damit visualisiert Mikado ARC auf einfache Art die Arbeitsweise des Roboters und nutzt das Interface zwischen realer und virtueller Welt, um die Produktivität einer Roboteranwendung zu verbessern.
Taktzeiten verbessern
Auch die Umrüstung einer Bin-Picking-Anwendung auf neue Teile bzw. eine Verbesserung der Taktzeiten oder des Entleerungsgrads der verwendeten Teilebehälter unterstützt die adaptive Robotersteuerung Mikado ARC durch den Simulator-gestützten Workflow. Durch Verwendung von 3D-Daten der Kameras und CAD-Daten neuer Bauteile und Greiferprototypen erstellt der Mikado ARC Controller eine realitätsnahe, virtuelle Simulation der Greifsituation. Mithilfe der virtuellen Kameratechnik mit integrierter Physik-Engine lassen sich auch die Behälter mit virtuellen Teilen synthetisieren und in beliebiger Anzahl zufällig befüllen. Damit können Griffvariationen oder auch neue Greifer virtuell ausprobiert werden. Die Auswertung der Simulation ermöglicht verlässliche Vorhersagen über Taktzeiten und den erreichbaren Entleerungsgrad der Boxen. Basierend auf diesen Simulatorergebnissen können die CAD-Daten eines neuen Greiferentwurfs solange verbessert werden, bis die Vorgaben erreicht werden. Die zeit- und kostenintensive Fertigung von Prototypen ist damit nur einmal vor der realen Inbetriebnahme am Roboter notwendig.
Fazit
Die Inbetriebnahme und Anpassung von Bin-Picking-Anwendungen kann mit der Robot-Vision-Komplettlösung Mikado ARC von Isys Vision einfach, schnell und kostensparend durchgeführt werden. Sie bringt Flexibilität in die Produktionslinie und erlaubt zudem eine effiziente Automatisierung im Prototypenbau und Kleinserien. Anwender können dem Roboter in kurzer Zeit, auch ohne Spezialwissen, viel Neues beibringen.Teilewechsel nimmt ein Maschinenbediener ohne Programmieraufwand in wenigen Minuten selbst vor. Zudem lassen sich mit den neuen Simulationsmöglichkeiten Stillstandzeiten und Rüstkosten reduzieren. Die adaptive Robotersteuerung verfügt zudem über eine direkte Anbindung an Maschinensteuerungen mittels Industrieprotokollen wie Profinet oder OPC-UA.
IDS Imaging Development Systems GmbH
Dieser Artikel erschien in ROBOTIK UND PRODUKTION 3 2019 - 21.08.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.robotik-produktion.de
