Inbetriebnahme Station Robotermontage

Abbildung 1: Übersicht Robotermontage

Autoren: Nils Hartmann, Dominik Schroeer

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Einleitung

Im siebten Semester wird an der Hochschule Hamm-Lippstadt im Studiengang Mechatronik das Praktikum Produktionstechnik angeboten. In diesem Praktikum geht es um die Realisierung eines mechatronischen Projektes. Unser Thema handelt über eine automatische Robotermontage verschiedenfarbiger Pneumatikzylinder. Nach erfolgter Bearbeitung von vorherigen Gruppen gibt es bereits Dokumentationen,Artikel und Dateien über dieses Projekt. Als anfängliche Information war nur bekannt, dass der Roboter sich nicht verfahren lässt und direkt nach Anschalten verschiedenste Fehlercodes ausgibt.

Aufgabenstellung

Die Aufgabe des Praktikums war es, die bestehenden Fehler des Roboters zu beheben und die Anlage funktionsfähig zu machen. Des Weiteren galt es als Anforderung, das Modul der Robotermontage in die nachfolgenden Module der MPS-Anlage einzubinden. Bei der Bearbeitung dieses Projektes sind folgende Punkte zu beachten, zu bearbeiten und zu dokumentieren:

• Überblick von bereits vorhandenen Materialien bekommen
• Dateien und Informationen ordnen
• Kabelverlegung und Verdrahtung der elektronischen Komponenten
• Ausrichtung und Befestigung der gesamten Anlage
• aktive Fehler des Roboters beheben und Fehlerspeicher löschen
• lauffähige Programmierung erstellen und in den Roboter einbinden
• automatischer Durchlauf der Zylindermontage
• Dokumentation des gesamten Projektes in SVN und als Wiki-Artikel

Systemübersicht

Abbildung 1: Systemübersicht

Die gesamte Station der Robotermontage eines pneumatischen Zylinders besteht aus zwei einzeln auf fahrbaren Gestellen montierten Tischen. Da die Station nur aus der Kombination beider funktioniert, sind diese fest miteinander verbunden. Auf der linken Hälfte befindet sich der Hauptakteur: Der Roboter. In dem Arm integriert ist ein Farbsensor zur Erkennung der Werkstückfarbe. In Gelb zu sehen ist die Zuführrutsche, über die das Werkstück in den lila umrandeten Entnahmebereich gelangt. Von der Entnahme aus wird der Grundkörper in den blauen Bereich der Werkstückmontage transportiert. Die für die Montage benötigten Teile befinden sich in den jeweiligen Magazinen. Das Kolbenmagazin ist im braun umrandeten Bereich, während sich die Deckelentnahme im grünen und die Federentnahme im Schwarzen Rechteck befinden. Nach erfolgreicher Montage wird der Zylinder über die in weiß gekennzeichnete Rutsche an die nachfolgende Station weitergegeben.

Vorgehensweise nach V-Modell

Abbildung 2: V-Modell

Um eine ungeordnete Arbeitsweise zu verhindern, wurde das Vorgehen nach dem V-Modell (vgl. Abbildung 2) geplant und durchgeführt. Dies versichert eine strukturelle Herangehensweise und Bearbeitung des Projektes.

Alle Dateien und Dokumente wurden für die Arbeit während und nach des Projektes in SVN gespeichert.TortoiseSVN

Anforderungsdefinition

In der Anforderungsdefinition werden als erster Schritt alle Tätigkeiten und Aufgaben definiert, die während des Projektes bearbeitet werden sollen. Die Strukturierung ist hierbei sehr entscheidend. Damit die gesamte Liste übersichtlich wird, bietet es sich an verschiedene Teilbereiche des Gesamtprojektes zu erstellen und die damit verbundenen Einzelaufgaben zu verbinden. Die Anforderungen in unserem Projekt wurden wie folgt gegliedert:

• Aktuelle Lage beurteilen
• Anlage in Betrieb nehmen
• Schnittstellen
• Software/Werkzeuge
• Dokumentation

Die Datei der Anforderungsdefinition kann hier gefunden werden.

Funktionaler Systementwurf

Der funktionale Systementwurf stellt die Zusammenhänge in dem mechatronischen System ganz grob dar. Ohne gewisse Schnittstellen zu definieren wird bei ihm klar, wie welche Einzelkomponente mit anderen Komponenten und dem Gesamtsystem in Verbindung steht. Darüber hinaus sind alle Bauteile, die mit diesem System zusammen stehen aufgelistet.

Abbildung 3:Funktionaler Systementwurf

Am Anfang steht der Computer als Schnittstelle zu dem Menschen. Auf diesem Rechner muss das Programm CIROS Studio installiert sein. Mithilfe dieser Entwicklungsumgebung kann der Bediener eine eigene Syntax oder einen bestehenden Programmcode auf den Roboter laden. Nach Überspielen des Programms kann dies nun über die Bedieneinheit des Roboters gestartet werden. Um das Programm durchlaufen lassen zu können, sind bestimmte Voraussetzungen nötig:

1. Magazine gefüllt
2. Modul Montage und Roboter in Grundstellung
3. Werkstück in Aufnahmeposition

Bei Erfüllen dieser Punkte startet der Bewegungs- und Montageablauf selbstständig. Ist der Zylinder fertig montiert, wird er über die Weitergaberutsche an das Transferband übergeben.

Die Datei des funktionalen Systementwurfs kann hier gefunden werden.

Technischer Systementwurf

Der technische Systementwurf steht für den Entwurf der technischen Realisierung. In ihm wird das System detailliert zerlegt und Schnittstellen definiert. Es ergeben sich einzelne Komponenten aus dem Gesamtsystem. Neben der genauen Bezeichnung der Schnittstellen werden hier auch die Art von Informations-, Daten-, oder Stoffflüssen benannt. Das grundlegende Zusammenspiel der aufgezeiten Einzelbausteine (vgl. Abbildung 4) ist identisch mit dem des funktionalen Systementwurfs.

Abbildung 4:Technischer Systementwurf

Die Datei des technischen Systementwurfs kann hier gefunden werden.

Komponentenspezifikation

Für die Definition von Aufgaben, innerem Aufbau, Verhalten und anderen spezifischen Dingen ist die Komponentenspezifikation da. Hier werden sowohl Eingänge und Ausgänge definiert, als auch einzelne Bauteile der Komponenten spezifiziert. Somit kann der Roboter in verschiedene Elemente aufgeteilt werden. Es gibt zunächst einmal den Roboter selber mit seinen Versorgungs- und Kommunikationsanschlüssen, aber in der Baugruppe Roboter auch seinen einzeln aufzuführenden Greifer. Darüber hinaus gehören zu ihm die Untergruppen des Interface, des Netzteils, des Steuergeräts und der Teaching Box.

Abbildung 5:Beispiel Komponentenspezifikation Roboter

Auch das gesamte Stationsmodul wird in der Komponentenspezifikation in zwei Bereiche aufgeteilt. Das Roboter Handling beinhaltet die Punkte der Werkstückaufnahme und der am Roboter integrierten Sensorik. Dem Modul der Robotermontage hingegen werden die verschiedenen Magazine und die Rutsche zur Weitergabe an das Transferband zugeordnet. Als letzte Komponente steht noch die Schnittstelle zum menschlichen Bediener: Der PC. Hier wird einmal zwischen der Programmierumgebung CIROS Studio und dem eigentlichen Programmcode unterschieden und spezifiziert.

Abbildung 6:Programmablaufplan

Ebenfalls der Programmablauf wird genau beschrieben. Jeder Bewegungsschritt und Abfragepunkt wird detailliert aufgeführt. Sind die Grundvoraussetzungen erfüllt, erkennt der Roboter das Werkstück in der Aufnahmeposition. Nachdem er dies nun gegriffen hat, legt er es in die Montagevorrichtung und prüft die Farbbeschaffenheit. Nach diesem Schritt wird über den Orientierungssensor geprüft, wo sich die Auskerbungen am Boden befinden. So wird gewährleistet, dass der Zentrierstift in der Montagevorrichtung richtig in den Grundkörper greift. Die Kolbenabholung erfolgt nach dem Einsetzen auf den Zentrierstift. Je nach Farbe des Werkstücks wird entweder ein großer oder ein kleiner Kolben aus der Magazinpalette abgeholt. Der zum Grundkörper passende Kolben wird nun eingesetzt. Der nächste Schritt ist nun die Abholung der Feder. Diese wird von der Aufnahmeposition am Magazin gegriffen und eingesetzt. War dieser Schritt erfolgreich, wird ein Deckel abgeholt. Dieser wird gegriffen und auf den vorgefertigten Zylinder gesetzt. Durch die bekannte Orientierung wird der Deckel passend verdreht und rastet ein. Der Zylinder ist komplett montiert. Als abschließender Schritt wird der Zylinder nun gegriffen und über die Rutsche an das Transferband weiter gegeben.

Die Dateien der Komponentenspezifikation können hier gefunden werden.