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Bild: Roman Pats, iStock
Pick&Place-Robotik

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Intelligenter stapeln

Text: Detlef Stork, Lenze
Aufwändige Programmierung und fehlendes Know-how erschweren Maschinenbauern oft die Arbeit mit Robotern. Eine neue Softwarelösung kann hier helfen.

Ob Holz, Metall, Kunststoff oder Glas – überall dort, wo Material gestapelt, palettiert oder umgesetzt wird, kommen Portalsysteme zum Einsatz. Angetrieben werden diese häufig klassisch von Einzelachsen in Form SPS-gesteuerter Positionierantriebe. Ein eleganterer Weg ist die Realisierung mit Portalroboter-Kinematiken und mehrachskoordinierten Achsen im Raum. Die Vorteile liegen auf der Hand: höhere Produktivität, mehr Flexibilität und geringere Kosten. Doch der Einsatz von Roboterfunktionen scheitert oft an der aufwendigen Programmierung und dem möglicherweise fehlenden Robotik-Know-how auf Seiten der Maschinenbauer. Dass es auch anders geht, zeigt Lenze mit seinen kompletten Softwarelösungen für Robotikanwendungen aus der Toolbox FAST. Damit ist das Projektieren koordinierter Bewegungen mehrerer Achsen im Raum so einfach wie eine Einzelachsbewegung zum Positionieren. In den leistungsstarken Pick&Place-Modulen ist bereits alles integriert, was der Maschinenbauer für schnelle, produktive und flexibel einsetzbare Handhabungstechnik braucht; anwendbar ganz ohne Robotik-Know-how.

Umdenken lohnt sich

Portalsysteme finden sich in vielen Branchen, doch egal ob in der Intralogistik, in Verpackungsmaschinen oder der Montage- und Handhabungstechnik, die Umstellung von einer einfachen Positionieranwendung auf eine mehrachskoordinierte Bewegung bringt handfeste Vorteile mit sich: Sanfte, in sich synchrone Fahrprofile sind im Vergleich zur Punkt-zu-Punkt-Positionierung von Einzelachsen wesentlich schonender für die Mechanik der Maschine, zudem deutlich energieeffizienter auslegbar und mit kleineren Antrieben sowie weniger Leistung schneller unterwegs.

Mit dem neuen FAST-Modul von Lenze wird die Implementierung einfach: Es verpackt die Robotik zu einer leicht zu parametrierenden Antriebslösung mit vollwertigem Robotikkern im Inneren, die genauso einfach projektierbar ist wie eine einzelne Positionierachse. Damit können SPS-gesteuerte Portale mit nacheinander ablaufenden Bewegungsbefehlen sehr gut ersetzt werden. Durch die offenen Standards Coordinated Motion und PLCopen Motion Control sowie der IEC 61131-Programmierumgebung lassen sich mit FAST weitere Antriebsaufgaben integrieren. So können die vor- und nachgelagerten Förderantriebe mit demselben Controller und Antriebsreglern realisiert werden. Auch mehrachskoordinierte Antriebsverbunde lassen sich durch die Softwarelösung ohne spezielles Wissen über die Programmierung von Robotern schnell und sicher nutzen.

In dem Modul für Pick&Place-Anwendungen ist ein leistungsfähiger Robotik-Kern mit sechs Freiheitsgraden integriert. Die Robotik ist in Kinematik und Bahnplanung aufgeteilt. Die geometrische Berechnung des Roboters, das kinematische Modell, wurde mit einem universellen Verfahren zur Koordinatentransformation in Zusammenarbeit mit Universitäten im Kern integriert. Dadurch sind auch kundenspezifische Kinematiken schnell und sicher abzubilden. Die Bahn kann unabhängig von der Kinematik geplant werden. Erst die Zuordnung des Kinematikmodells zu den bewegungserzeugenden Bausteinen weist dem Roboter die Bewegung zu. Das hat einen großen Vorteil, denn sollte sich die Kinematik einmal ändern, kann das komplette Programm bestehen bleiben. Man muss lediglich parametrieren, nicht umprogrammieren.

Erweiterte Funktionen

Der Robotikkern von Lenze unterstützt die klassischen Bewegungsbefehle: linear, zirkular und Point-to-Point. Diese Bewegungsbefehle nach PLCopen Part4 Coordinated Motion stehen in einer IEC 61131-Programmierumgebung zur Verfügung. Mit den PLCopen-Funktionen Buffer-Mode und Blending werden Funktionen wie Look-Ahead und Verschleifen der Bewegung realisiert. Um den spezifischen Anforderungen der Robotik gerecht zu werden, hat Lenze den PLC­open-Befehlssatz um einige spezifische Funktionen erweitert.

Das Unternehmen bietet integrierte Kinematikmodelle für Delta2-, Delta3-, Knickarm-, Scara- sowie verschiedene Arten von Portalrobotern an. Zusätzlich zu den bis zu sechs Hauptachsen können Hilfsachsen angesteuert werden, wodurch insbesondere geschwindigkeitsabhängige Prozesse einfach umgesetzt sowie jegliche Arten von Werkzeugen am TCP (ToolCenterPoint) betrieben werden können. Auch eine Synchronisation des Roboters auf ein Förderband, wie das Greifen von bewegten Objekten, ist möglich.

Wiederverwendbarer Standard

Das Konzept unterstützt die Modularisierung von Maschinen. Maschinenmodule sind durch die standardisierten Module sicher lösbar und können wiederverwendet werden, was letztlich das Engineering massiv verkürzt. Die Qualität der Software und deren Wiederverwendbarkeit sind verbessert, Testaufwände werden reduziert oder können entfallen. Zur Umsetzung der modularisierten Aufgaben in der Steuerung hilft das in Lenze FAST enthaltene Application Template. Die OMAC-Variante des Application Templates ermöglicht es Verpackungsmaschinenbauern, ihre Applikationen nach dem PackML-Standard umzusetzen. Kundenspezifische Programmbestandteile lassen sich wie die Module in das
Application Template integrieren.

Roboterfunktionen sorgen auch in einfachen Portalsystemen und Stapelautomaten der Handhabungstechnik für handfeste Vorteile, denn Anlagen arbeiten damit effizienter und produktiver. Kommen bei der Integration von Roboterkinematiken komplett vorgefertigte Softwarelösungen zum Einsatz, gelingt dies auch ohne Robotik-Know-how. Robotik-Applikationen werden durch einfache Parametrierung auf einem Controller umgesetzt.

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