Modellierung von Robotern mit Visual Components

Haben Sie sich jemals gefragt, wie Sie unsere Robotermodelle erstellen können? In diesem Artikel erklären wir unsere Vorgehensweise.

Artikel | February 6, 2018

Einleitung

Wir werden oft gefragt, wie wir die Roboter in unserer Software modellieren. In diesem Artikel beschreiben wir, welche Daten dafür erforderlich sind, welche Aspekte wir als Grundlage für die Robotermodellierung verwenden und wie die Robotermodelle am Ende validiert werden.

What information is necessary?

Der Prozess beginnt mit der Zusammenstellung von 3D-CAD-Daten und kinematischen Informationen für den zu modellierenden Roboter. Die CAD-Daten liefern uns die Geometrie für den Roboter und die kinematischen Informationen geben Aufschluss über die Roboterbewegung. Die Datenblätter mit den kinematischen Informationen sind in der Regel leicht zu erhalten, wohingegen es bei den CAD-Daten etwas schwieriger sein kann. In der Regel erhalten wir die 3D-CAD-Daten direkt von den Roboterherstellern, ihren Channel-Partnern oder Kunden. Die CAD-Daten können in verschiedenen Formaten vorliegen, zum Beispiel IGES oder STEP, wobei wir aber nur an den Geometriedaten interessiert sind. Einige Roboterhersteller veröffentlichen die CAD-Daten auf ihrer Website, aber viele machen diese Informationen nicht öffentlich zugänglich. 

Kinematische Informationen 

Eine weitere Datensammlung, die wir für die Robotermodellierung benötigen, sind die kinetischen Informationen. Diese beschreiben die Roboterbewegungen, genauer gesagt, die Positionen und Geschwindigkeiten der Gelenke, Achsverbindungselemente (Links) und Endeffektoren des Roboters als zeitabhängige Funktionen. Er hat üblicherweise die Form eines Datenblatts, das wir vom Roboterhersteller erhalten. Das Datenblatt umfasst schematische Daten und Zeichnungen verschiedener Ansichten des Roboters. Außerdem finden sich dort Tabellen, in denen die Winkel, Limits, Geschwindigkeiten und Drehrichtungen der Gelenke zusammen mit den Dimensionen der Roboter-Links beschrieben werden.

 

Schließen der Lücken

Die Informationen in diesen Datenblättern geben bereits viel Auskunft über die Roboterkinematik, aber in der Regel brauchen wir noch weitere Informationen, bevor wir mit dem Modellieren beginnen können. Wie wir diese Informationen erhalten, ist je nach Roboterhersteller unterschiedlich, bringt aber in der Regel einige Nachforschungen und Nachfragen mit sich.

  • Referenzposition: Die meisten Datenblätter der Roboterhersteller zeigen den Roboter zwar in der „Ausgangsposition“, auch als Referenz- oder Masterposition bezeichnet, geben aber keine Auskunft über die Winkel und Drehrichtungen der Gelenke in dieser Position. Die Ausgangsposition wird von jedem Roboterhersteller anders definiert, daher versuchen wir, die Informationen zu dieser „Null“-Position direkt von ihm zu erhalten. Die Null-Position beschreibt den Roboter, wenn sich alle Punkte auf Null befinden.
  • Roboterursprung: Der Roboterursprung ist der vom Hersteller spezifizierte Ursprung des Roboters. Bei Robotern von KUKA undABB ist der Ursprung der Boden, wohingegen er sich bei den Robotern von Fanuc und Yaskawa über dem Boden befindet, und zwar am „Bauchnabel“ des Roboters. Jeder Hersteller legt den Ursprung für seine Roboter selbst fest, und es gibt keine standardisierte Definition.
  • Orientierung des Basis- und Werkzeug-Koordinatensystems: Wie beim Roboterursprung gibt es auch bei der Definition der Orientierung der Grundplatte Unterschiede zwischen den verschiedenen Roboterherstellern. Manche Roboterhersteller befolgen RIA-Standards, während andere eigene Methoden entwickelt haben. Standardmäßig zeigt der Z-Punkt von der Grundplatte weg, aber dann wissen wir trotzdem noch nicht, wohin die X- und Y-Achsen weisen und kennen auch nicht die positiven und negativen Drehrichtungen jeder Achse.
  • Koordinatensystem-Konventionen:Die meisten Roboterhersteller definieren ihre eigenen Koordinatensystem-Konventionen für die kinematische Konfiguration explizit. Manchmal erhalten wir Denavit-Hartenberg-Parameter, eine häufig verwendete Konvention für die Zuordnung von Referenz-Frames zu Links, aber diese Werte liefern uns nicht immer ausreichend Informationen. Neben diesen Konventionen müssen wir auch die Gelenk-Koordinatensysteme kennen.
  • Beschleunigungen der Gelenke: Die Roboterhersteller liefern in der Regel keine Informationen zu Gelenkbeschleunigungen, da diese Werte von vielen anderen Variablen abhängen. Sie stellen aber Drehmomentwerte und die Gelenkgeschwindigkeiten zur Verfügung. Aufgrund dieser Informationen und mit unserem Wissen über die Kinematik von Robotern können wir eine Schätzung der Gelenkbeschleunigungen anstellen.

Roboterursprünge

Der letzte Schritt vor der Modellierung des Roboters ist das Abstimmen der verschiedenen Roboterursprünge. Wie zuvor erwähnt ist der Ursprung des Roboters je nach Hersteller unterschiedlich definiert. Außerdem haben wir noch einen eigenen Ursprung, den wir den Visual Components-Ursprung nennen. Der Visual Components-Ursprung ist für alle Robotermodelle in unserer Software gleich, wobei sich die Z-Achse auf dem Boden befindet. Die Robotermodelle enthalten zwar in unserer Software auch immer noch den Herstellerursprung, da er wichtig für die Teach-in- und Offline-Programmierung ist, aber ein Standardursprung für alle Roboter macht sie leichter untereinander austauschbar.

Modellieren des Roboters

Die wichtigsten Aspekte beim Modellieren von Robotern in Visual Components sind die Kinematik, der Roboter-Controller und die Schnittstellen. Unser Robotercontroller hat eigene Bewegungsplaner, mit denen das Roboterverhalten durch Parameter so angepasst werden kann, dass eine möglichst hohe Übereinstimmung mit den gewünschten Eigenschaften des Roboters erreicht wird. Die Bewegungsplaner sind generisch, d. h., wir verwenden sie für alle Robotermodelle in Visual Components, und sie vereinfachen den Modellierungsprozess erheblich. Die Schnittstellen können so angepasst werden, dass die Roboter mit unseren Plug-and-Play-Standards kompatibel sind, d. h., dass sie auf einem Sockel einrasten und montierte Greiferwerkzeuge erkennen.

 

Validierung

Neben unserer eigenen, internen Validierung lassen wir unsere Robotermodelle in der Regel zusätzlich durch eine dritte Partei validieren. Wenn wir das Robotermodell auf Grundlage eines Kundenwunschs entwickelt haben, senden wir es an den Kunden, damit er es validieren und freigeben kann. In vielen Fällen arbeiten wir für die Validierung auch direkt mit den Roboterherstellern zusammen.

Bei einem typischen Validierungsprozess finden eine Reihe von Tests statt: Erstellen eines Roboter-Programms mit Visual Components, Herunterladen des Programms auf den Roboter-Controller und Ausführen des Programms auf dem Roboter, um die gewünschte Funktionsweise zu validieren.

Zusammenfassung

In diesem Artikel haben wir eine kurze Einführung in die Modellierung von Robotern mit Visual Components gegeben. Wir haben beschrieben, welche Daten dafür erforderlich sind, welche grundlegenden Aspekte für die Robotermodellierung verwendet werden und wie die Robotermodelle validiert werden. Mit mehr als 1.200 Robotermodellen in unserem öffentlichen E-Katalog bieten wir unseren Benutzern Zugriff auf eine umfangreiche und ständig wachsende Bibliothek mit einsatzfertigen Komponenten.

Wenn Sie erfahren möchten, wie Sie Visual Components zum Simulieren Ihrer Roboteranwendungen einsetzen können, fragen Sie uns nach einer kostenlosen, personalisierten Web-Demonstration.

Fordern Sie Ihre Persönliche Vorführung von Visual Components über das Web an!

Füllen Sie einfach das folgende Kontaktformular aus. Wir werden uns dann mit Ihnen in Verbindung setzen, um einen Termin für eine persönliche Vorführung über das Web zu vereinbaren.

Share this article