Beim Programmieren eines Roboters unterscheidet man klassischerweise zwischen der Inbetriebnahme (meist durch einen Roboter-Systemintegrator) und der Bedienung (durch den Betreiber). Beide Phasen und Rollen können auch ineinander übergehen. Denn immer mehr Roboter werden in kleineren Betrieben installiert und dann von Fachkräften bedient, die zwar den jeweiligen Prozess beherrschen, jedoch keine Spezialkenntnisse in der Roboterprogrammierung besitzen.
Von planerisch zu iterativ
Zudem wandelt sich die Herangehensweise an die Roboter-Programmierung: In der klassischen Industrierobotik geht man planerisch an Automatisierungsaufgaben heran: Erfahrene Systemintegratoren spezifizieren zusammen mit dem Kunden die Aufgabe, erstellen unter Verwendung professioneller Simulations- und Planungstools Konzepte, wählen passende Automatisierungs-Komponenten aus, bauen die Anlage auf und programmieren alles unter Einsatz erfahrener Programmierer.
Aus der Cobot-Welt heraus ist nun eine iterative Herangehensweise an die Robotik entstanden. Anwender beginnen Automatisierungsprojekte einfach mit der Auswahl eines Robotermodells, das eine einfache Bedienung und Installation verspricht. Dann nähert man sich Schritt für Schritt einer fertigen Roboterlösung. Diese nicht-planerische Vorgehensweise vertraut auf eine möglichst einfache Programmier- und Konfigurierbarkeit (quasi im Plug&Play) für Roboter, Greifer, Sensorik, Teilebereitstellung, Sicherheit usw.
Diese iterative Herangehensweise erklärt den aktuellen Aufbruch zum einfachen Programmieren von Robotern. Wobei es hier weniger um das Programmieren, sondern eher um das intuitive Parametrieren oder Einlernen einer Roboteraufgabe geht. Man erwartet von der Robotik eine ähnlich intuitive Bedienung wie bei Smartphones. Die zuweilen ausgerufene „Revolution der Roboterprogrammierung“ zielt jedoch bei näherer Betrachtung meist nur auf ein begrenztes Roboter- oder Anwendungsspektrum ab.
Wer programmiert den Roboter?
Welche Programmiermethode für die jeweilige Anwendung also die beste ist, hängt von den Rahmenbedingungen ab. Roboter werden ja unendlich vielseitig eingesetzt, daher gibt es fürs Roboterprogrammieren nicht nur die eine optimale Lösung.
Die wichtigste Frage lautet zunächst: Wer programmiert die Roboteranwendung?
- Erfahrene Roboterprogrammierer und Systemintegratoren legen bei der Inbetriebnahme Wert auf breite Funktionalität und Effizienz und bevorzugen daher das klassische Roboter-Handbediengerät (das Teach-Pendant). Die Bedienoberfläche mag vielleicht nicht immer so intuitiv sein wie ein Smartphone, ist aber äußerst effizient und hat sich bei Robotern bewährt. Im Teach-Pendant lassen sich Roboterpositionen sehr genau teachen und optimieren, Logik und Parameter in Menüs und Funktionstasten können schnell aufgerufen und Befehlsparameter in einer zeilenorientierten Syntax rasch aufgebaut werden. Erweiterte Programmiermöglichkeiten auf Hochsprachenebene sowie Tools zur tiefen Integration und Anpassung von Protokollen und Funktionalitäten werden von erfahrenen Roboterprogrammierern sehr geschätzt.
- Für den späteren Roboter-Bediener lassen sich entweder auf einem Bedien-PC oder auf dem Touchscreen des Roboter-Handbediengeräts einfache Apps zur leichten Bedienung und Visualisierung aufsetzen. Typisch ist das z.B. für das Palettieren/Depalettieren zur Definition verschiedener Stapelmuster oder das Parametrieren von Schweißstromquellen direkt auf dem Handbediengerät. Solche Apps holen den Bediener in seinem Prozessdenken ab, erlauben ihm die Definition von Tätigkeiten und Varianten, und nehmen ihm die eigentliche Roboter-Programmierung (Position, Bahn und Logik) ab.
- SPS-Programmierer: Im Maschinenbau verfügt man oft über viele SPS-Programmierer, aber nur wenig Roboterprogrammierer. Dager besteht die Anforderung darin, den Roboter direkt über SPS-Funktionsbausteine zu programmieren. Dies ist möglich mit SPS-Schnittstellen wie Motologix, mit der sich die Roboterprogrammierung nahtlos in die gewohnten SPS-IEC-Programmierumgebung vieler SPS-Hersteller wie Siemens, Beckhoff, Rockwell oder Yaskawa integrieren lässt.
- Bediener ohne speziellen Programmierhintergrund empfinden das zeilenbasierte Roboter-Programmieren – aus ihrer Erfahrung mit der Smartphone-Welt – zunehmend als „old school“. Sie bevorzugen das Handführen des Roboters oder ein Smart Pendant. Das Smart Pendant ist auch ein Roboter-Handbediengerät, jedoch in vielerlei Hinsicht intuitiver. Es befreit weitgehend vom Denken in Koordinatensystemen, wo es nicht unbedingt erforderlich ist. Damit ist das Smart Pendant eine empfehlenswerte Programmierlösung für Handling- und Montageanwendungen, und zwar nicht nur für kollaborative Roboter, sondern auch für kleinere Industrieroboter.
Auch ein Mischbetrieb zwischen den Programmiersystemen ist möglich. So kann der Roboter-Integrator das klassische Teach-Pendant-Handbediengerät benutzen, während der Kunde ein Smart Pendant nutzt oder eben mit Handführung arbeitet. Die Funktionalität des Handbediengeräts kann aus Kostengründen auch auf einem PC abgebildet werden (Software Pendant). Dieses Verfahren eignet sich eher für die gelegentliche Programmierung.
Häufiges Umprogrammieren?
Die nächste wichtige Frage ist: Wie häufig muss der Roboter im Betrieb tatsächlich umprogrammiert werden?
Wenig Änderung: Die meisten Robotersysteme sind in einen Produktionsverbund eingebettet. Sie werden bei der Inbetriebnahme einmal programmiert und werden dann lange ohne Programmänderung betrieben. Bauteilvarianten oder Störfaktoren (z. B. Bauteiltoleranzen) werden bereits in der Programmstruktur berücksichtigt.
Oder es werden von vornherein Technologien eingesetzt, die automatisch mit Bauteil-, Lage- oder Toleranzänderungen umgehen können, wie z. B. Bildverarbeitungssysteme. Hier bevorzugt man das klassische Handbediengerät/Teach Pendant, denn der Programmieraufwand liegt beim Inbetriebnehmer. Und die Programmierzeit ist im Verhältnis zur eigentlichen Laufzeit der Anlage verschwindend gering.
Viel Änderung: Wenn sich Bauteile oder Aufgabenstellungen des Robotersystems dagegen ständig ändern, sind jedoch einfache Programmiermethoden sinnvoll, weil sie die Stillstandzeiten der Anlage beim Umprogrammieren reduzieren. In Frage kommen hier das direkte Handführen des Roboters (nur bei kollaborativen Robotern), smarte Bedientablets (Smart Pendant), Programmierstifte oder auf intuitive Programmierung ausgelegte Software-Umgebungen.
Fazit – und jetzt?
Wer eine einfache Antwort gesucht hat, welche Programmiermethode für den Roboter die beste ist, der mag jetzt vielleicht enttäuscht sein. Denn jede Aufgabe hat ihre optimale Programmiermethode. Immerhin: Keine der angeführten Methoden ist so schwer, dass sie sich nicht innerhalb weniger Tage erlernen ließe. Auf der ganzen Welt sind Millionen von Industrierobotern im Einsatz. Jeder einzelne davon wurde bisher erfolgreich programmiert. Und: Egal ob Newcomer oder Profi: Mit der passenden Methode macht das Roboterprogrammieren auch Spaß.
Yaskawa Europe GmbH
Yaskawastr. 1
85391 Allershausen
Zum Autor
Dr. Michael Klos ist General Manager Business Development in der Robotics Division bei der Yaskawa Europe GmbH.
Weitere Methoden zum Roboterprogrammieren
Offline-Programmierung: Bei hohen Taktzeit- und Verfügbarkeitsanforderungen (oder bei hohem Aufwand für Umprogrammierungen) legt man die Programmierzeiten parallel zum laufenden Prozess, um Programme ohne Zeitdruck zu erstellen, zu testen und zu simulieren und so Umbaupausen in der Produktion zu minimieren.
CAD-Kette: Wenn CAD-Daten der Werkstücke vorhanden sind, kann man mit Hilfe von CAD/CAM-Tools per Software aus den CAD-Daten automatisch Roboterbahnen generieren und an den Roboter übertragen. Typische Anwendungen sind das Fräsen, Entgraten, Lackieren und additive Verfahren wie der 3D-Druck.
3D-Simulation: Benutzt man von vornherein Planungstools wie die 3D-Simulation mit einem digitalen Zwilling des Roboters, so generiert man große Teile des Roboterprogramms in der virtuellen Welt und lädt sie dann in den realen Roboter. Geeignete Software-Tools in verschiedenen Leistungsstufen (auf Roboter-, Zellen-, Linien- oder übergeordneter Fabrikebene) werden von den Roboterherstellern selbst oder von Drittanbietern bereit gestellt, wobei die Roboter der großen Robotik-Hersteller und ihre virtuellen Controller in den Bibliotheken der Drittanbieter-Tools verfügbar sind.
Übergreifende Tools: Herstellerübergreifende Programmier-Tools sind oft einfach zu bedienen und bieten den Vorteil einer einheitlichen Programmierumgebung über viele Robotermodelle unterschiedlicher Hersteller hinweg. Sie müssen jedoch gegenüber den Standard-Lösungen der Roboterhersteller zusätzlich erworben und installiert werden, so dass die Investition gegenüber den Bordmitteln des Roboters mit einer reduzierten Programmierzeit gerechtfertigt werden muss.
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