Tc-robotics Roboter-Hersteller Unterschiede 2 - Software zur Simulation - TCR-BOX

tc-robotics
Roboter-Hersteller Unterschiede 2
           Software zur Simulation

Verfasser:   tc-robotics
Version:     V01.02

Tel: + 49 (0)173 444 0771
www.tc-robotics.de

Arbeitsablauf

Der Arbeitsablauf ist die zeitliche Abfolge verschiedener Tätigkeiten, um eine bestimmte
Aufgabe zu erfüllen. Die einzelnen Arbeitsschritte werden in eine sinnvolle Reihenfolge
eingeteilt, damit eine Arbeit schnell und rationell ausgeführt werden kann.

CAD-Konstruktion, 3D-Simulation, OLP Programmierung und SPS-Programmierung sind
Prozessschritte im Engineering, die sich interdisziplinär miteinander verknüpfen lassen.

        CAD-Konstruktion

                         3D-Simulation

                                             OLP Programmierung

                                                                Steuerungstechnik

Damit wird das kollaborative Engineering möglich, da vom CAD-Modell bis zur getesteten
Anlage mit der Simulation als Bindeglied ganzheitliche Analysen vom Steuerungsentwurf
bis zur HIL-Einbindung und Programmierung von realen Steuerungen realisierbar sind.
Daten birgt noch weitere Vorteile. Zunächst bleiben Konstruktion und Simulation direkt und
ohne Zusatzaufwand miteinander verknüpft, damit man stets den aktuellen
Entwicklungsstand der Anlagen simuliert.

               3D-Simulation
                  - Erstellen eines neuen Robotersystems
                  - Erstellen eines neuen Robotersystems aus einem
                     Backup
                  - Ändern eines bestehendes Robotersystems
                  - CAD Daten
                  - Kinimatisierung
                  - Anlagenplanung
                     - Erreichbarkeitsuntersuchung
                     - Kollisionsuntersuchung
                     - Ablaufplanung
                     - Erzeugen von Layout
                             o Kinimatisierung

Software Information

Bibliotheken, Geometrien und CAD-Dateien:
Bei den Objekten, die Sie in eine Station importieren, kann es sich um Geometrien oder
Bibliotheken handeln.
    - Geometrien sind CAD-Dateien, die beim Import in die Simulationstool-Station kopiert
        werden
    - Bibliotheken sind Objekte, die von Simulationstool als externe Dateien gespeichert
        wurden
Simulationstool ist eine PC-Anwendung für die Modellierung, Offline-Programmierung und
Simulation von Roboterzellen.
Das ursprüngliche 3D-CAD-Format von Simulationstool ist SAT.
Simulationstool unterstützt auch andere Formate, für die jedoch eine Option benötigt wird:
    - .3ds
    - .sat, .sab, .asat, .asab
    - .model, .exp, .session
    - .CATPart, .CATProduct, .CGR, .3DXML
    - .dae
    - .dxf, .dwg
    - .igs, .iges
    - .ipt, .iam
    - .obj
    - .prt, .prt.*, .asm, .asm.*
    - .par, .asm, .psm
    - .sldprt, .sldasm
    - stp, step, p21
    - stl
    - wrl, vrml, vrml2
    - vda, vdafs
    - .x_t, .xmt_txt, .x_b, .xmt_bin
    - .ldr, .ldraw, .mpd
    - .jt
    - .ipt, .iam
    - .x
    - .fbx

Welche Daten werden von Kunden benötigt und in welcher Qualität müssen die Daten
vorliegen:
    - CAD Daten von Kunden werden benötigt (Gesamte Anlage, Werkzeuge, Technische
       Zeichnungen, Abmessungen, Gewicht, Massenschwerpunkt, Aufnahmen von realer
       Anlage, Abhängigkeit von Achsen, )
    - Step Format für CAD Daten werden im allg. bevorzugt.
    - Bei anderen Formaten muss man Test-Import in Simulationstool durchführen.

Konstruktion
Der Anfang einer Konstruktion ist oft eine Skizze auf Papier und endet heutzutage meist in
einem detaillierten CAD-Modell, welches anschließend auf einer Technischen Zeichnung
abgebildet und mit allen Informationen für die Fertigung versehen wird.
Während diesem Vorgang ist permanent darauf zu achten:
   -   Richtiges Fertigungsverfahren
   -   Passende Werkstoffauswahl
   -   Maßtoleranzen und Passungen
   -   Form- und Lagetoleranzen
   -   Oberflächengüten

Für eine Simulation (bzw. spätere VIBN) sind jedoch nicht immer alle Detailierungsgrade der
einzelnen Bauteile erforderlich, wie z. B. für eine Technische Zeichnung. Geometrien, welche
nichts mit dem relevanten Arbeitsprozess zu tun haben, können oder müssen z. T. reduziert
(Entfernung oder Vereinfachung der Geometrie) werden, um das PC-System nicht aus- oder
überlasten.

Beispiele hierfür sind:
   -   Bohrungen
   -   Schrauben, Muttern
   -   Fasen
   -   Rundungen
   -   Körper innerhalb einer Geometrie (z. B. Kabel)
   -   Komplexe Geometrien (z. B. Lüftungsgitter)

Somit müssen die CAD-Daten unmittelbar nach dem Dateneingang geprüft werden auf:
   -   Dateiformat
   -   Datenvolumen
   -   Detailliertheit
   -   Abmessungen (z. B. falscher Maßstab)

Falls die Daten selbstständig reduziert werden müssen, werden die nicht nötigen Geometrien
entfernt oder die Baugruppen zu einem einzelnen Element konvertiert. Wichtig hierbei ist,
dass nur ein Koodinatenursprung existiert!
Anschließend erfolgt ein Export der CAD-Daten das entsprechendes CAD-Dateiformat für die
Simulation.

Simulation

Mit der CAD Simulation können wir alle statische CAD Konstruktionen beleben, sie
punktgenau steuern und z.B. nach möglichen Kollisionen und Freiräume prüfen.

Nach dem Import werden die CAD Geometrien vereinfacht und auf kleinere selbständige
Einheiten aufgeteilt. Die Drehachsen und lineare Tracks werden mit so genannten frei
steuerbaren Gelenken im Simulationsprogramm ausgestattet. Diese können dann nach
Wunsch z.B. nach einem Signaleingang vom Roboter aktiviert werden.

Robotersystem virtuell
   -   Erstellen eines Robotersystems:

              Simulationstool mit integrierter Steuerungslogik
              Robotersystems aus einem Backup ladbar
              Bahnplanung und Verhalten wie realer Roboter
              Programmiersprache und Syntax des Herstellers

Simulationswerkzeuge der Hersteller

Ziele der Simulation

Ziel einer Simulation ist es einige Szenarien im Voraus zu entdecken, zu lösen und das
komplette Projekt abschätzen zu können. Eine Simulation wird darin unterschieden, dass
hier kein Programm erzeugt wird, welches man später in den realen Roboter einspielen
kann. Im Gegensatz zu einem Offlineprogramm reden wir bei einer Simulation lediglich von
einer vorab Prüfung, mit beweglichen Bildern für das menschliche Auge. Die Simulation
basiert hauptsächlich nur auf Achsparametern und den gelieferten CAD-Daten.

Die Simulation prüft anhand der 3D Daten die Aufstellung der Anlagenkomponenten, stellt
die Zugänglichkeiten und Erreichbarkeiten von Roboterpositionen sicher, optimiert den
Anlagenaufbau in der 3D Welt und überprüft das Anlagen-Layout.
Datenausgang ist eine untersuchte und geprüfte für OffLineProgrammierung (OLP)
verwendbare Simulationszelle.

Die Simulation soll im Voraus folgende Punkte prüfen:

   •   Machbarkeit
   •   Erreichbarkeit
   •   Kollisionsfreiheit
   •   Taktzeitprüfung (+/- 20% zur Realität)
   •   Singularität ausschließen

Die Machbarkeit beinhaltet lediglich eine Prüfung für den Aufbau einer Zelle. Hier wird
geprüft, ob der Aufbau der Zellen wie geplant überhaupt realisierbar ist.

   •   Roboterhersteller/-modell
   •   Werkzeuge
   •   Konstruktion/Planung der Zelle
   •   Schutzumhausung

Bei der Erreichbarkeit wird, wie der Name bereits sagt, die Erreichbarkeit des Roboters an
seine Positionen geprüft. Eine Freigabe der geplanten Zelle ist hiermit jedoch noch nicht
erfolgt. Mit Durchführen der Erreichbarkeit wird auch zeitgleich eine Kollisionsfreiheit
geprüft. Damit wird eine Prüfung vorgenommen, ob der Roboter frei beweglich ist oder ob in
der Planung/Konstruktion etwas abgeändert werden muss.

Die Simulation ist somit ausreichend für eine grobe Vorhersage, jedoch keine verbindliche
Aussage über Taktzeit oder Ablauf. Zudem ist die Simulation die Grundlage für eine
Offlineprogrammierung. Steht das Gerüst einer Simulation (die CAD-Welt), so kann hier die
Offlineprogrammierung im Nachgang stattfinden, welche den Aufwand bei der späteren
Inbetriebnahme ggf. kürzt.

Der Ausgleich von der Simulationswelt zur Realität wird dann bei der Inbetriebnahme mit
einer ordentlichen Vermessung der Vorrichtung ausgeglichen. Hierfür werden
Kalibrierbohrungen benötigt. Um zu gewährleisten, dass Konstruktion, Simulation und
Realität einstimmig und transparent sind. Geprüft wird das Ganze korrekter weise im
Messlabor mit dementsprechenden Messprotokollen/-schildern.

Simulationstool ABB - RobotStudio

Fast jeder Roboterhersteller bietet eine virtuelle Umgebung für seine Roboter. Bei ABB heißt
das, sehr umfangreiche Simulationsprogramm, Robot Studio. Mit Robot Studio kann eine
offline Simulation basierend auf CAD-Daten erfolgen, sowie auch eine
Onlineprogrammierung direkt am realen Roboter.

ABB RobotStudio bietet verschiedene Möglichkeiten die virtuelle Welt aufzubauen.
Der Aufbau von RobotStudio basiert auf Windows und ist daher recht einfach zu bedienen.

Habe ich eine Robotersteuerung in meiner virtuellen Welt hinzugefügt, so kann ich den
virtuellen Roboter mit einem virtuellen FlexPendant, wie in der Realität steuern.

Simulationstool Fanuc - Roboguide

Das Simulationstool von Fanuc heißt RoboGuide. Auch hier kann eine offline Simulation
basierend auf CAD-Daten erstellt werden. RoboGuide bietet verschiedene Module an um
beispielsweise Handling-, Schweiß- oder Lackieraufgaben zu simulieren.

Zusätzlich können Signale und Variablen benannt werden und Maschinencode in lesbaren
Code umgewandelt werden.

Auch in RoboGuide kann die virtuelle Welt aufgebaut werden. Optisch und von der
Bedienung ist es anders aufgebaut wie RobotStudio.

In RoboGuide kann der Roboter über das iPendant wie in der Realität bewegt werden.

Simulationstool Kuka – KukaSim

Das Simulationstool von Kuka heißt KukaSim. Auch hier kann eine offline Simulation
basierend auf CAD-Daten erstellt werden.

Auch in KukaSim kann die virtuelle Welt aufgebaut werden. Für die Einbindung der
Robotersteuerung wird zusätzlich Office Lite benötigt.

Bei Kuka ist das virtuelle Handbediengerät eine eigene Software. Diese heißt Kuka Office
Lite, diese ist aber bei Kuka Sim Pro enthalten.

Simulationstool igus – Robot Control

Das Simulationstool von igus heißt Robot Control. Auch hier kann eine offline Simulation
basierend auf den CAD-Daten und dem Kinematischen Modell des Roboters erstellt werden.

Die Software ist zum Free Download von igus zur Verfügung gestellt und kann auf der
Homepage der Firma igus oder hier kostenlos zum üben heruntergeladen werden. Leider
können derzeit keine zusätzlichen CAD Daten geladen werden, sondern nur die von igus
bereitgestellten.

Wir benutzen den aktuellen Roboter der igus Namens Rebell, dieser soll ab Ende 2021 für ca.
2500,00€ käuflich zur Verfügung stehen.

Fragen:

Gibt es weitere Software zur Simulation anderer Hersteller?

Aufgaben:

Nennen Sie 3 weitere Hersteller und deren Simulationstools zur OLP-Programmierung von
Roboter.