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Wie wird Industrierobotern beigebracht, Aufgaben zu erledigen?

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Fantasie-Idee zur Realität Bewegung.

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Industrieroboter sind allgegenwärtig; sie produzieren die Waren, die wir konsumieren, und die Fahrzeuge, die wir fahren. Für viele sind diese Technologien oft zu simpel. Sie sind zwar in der Lage, Produkte schnell und in hoher Qualität herzustellen, können aber nur eine begrenzte Anzahl von Bewegungen ausführen. Wie viel Aufwand steckt also wirklich in der Programmierung eines Industrieroboters?

Die Wahrheit ist, dass die Industrierobotik zwar unterschiedlich komplex ist, aber selbst die einfachste Anwendung eines Industrieroboters ist weit entfernt von einer Plug-and-Play-Funktionalität. Anders ausgedrückt: Ein Roboterarm, der eine begrenzte Bewegung innerhalb der X-, Y- und Z-Achse benötigt, um seine Aufgabe tagein, tagaus zu erfüllen, erfordert mehr als nur ein paar Zeilen Code. Da die Industrierobotik immer fortschrittlicher wird und traditionelle Fabriken zu intelligenten Fabriken aufgerüstet werden, wird der Arbeitsaufwand und das Fachwissen für die Ausbildung dieser künstlichen Hersteller entsprechend zunehmen. Werfen wir einen Blick auf einige der Möglichkeiten, wie ein moderner Roboter programmiert wird.

Anhänger beibringen

Der Begriff "Roboter" kann viele verschiedene Bilder hervorrufen. Während die breite Öffentlichkeit einen Roboter vielleicht mit etwas vergleicht, das sie in einem Film oder im Fernsehen gesehen hat, besteht ein Roboter in den meisten Branchen aus einem Roboterarm, der so programmiert ist, dass er eine Aufgabe von unterschiedlicher Komplexität mit einem akzeptablen Qualitätsniveau erledigt.

Manchmal können während der Produktion Effizienzsteigerungen festgestellt werden, und es müssen kleine Änderungen an den Bewegungen des Roboters vorgenommen werden. Die Produktion zu stoppen, um die Ausrüstung neu zu programmieren, wäre ein kostspieliges und unpraktisches Unterfangen. Die gängige Meinung besagt, dass jede Variation dieser Bewegungen akribisch in einen Computer programmiert werden muss, Zeile für Zeile; aber das könnte nicht weiter von der Wahrheit entfernt sein.

Eine Teach-Box, auch Teach-Pendant oder Teach-Pistole genannt, ist ein robustes, industrietaugliches Handgerät, mit dem der Bediener den Roboter in Echtzeit steuern, logische Befehle eingeben und die Informationen im Computer des Roboters speichern kann.

Industrieroboter arbeiten in der Regel mit Geschwindigkeiten, die für das menschliche Auge eine Herausforderung darstellen, aber ein Bediener, der ein Programmierhandgerät verwendet, kann die Anlage verlangsamen, so dass er die Bewegungen des Roboters aufzeichnen kann, um die Änderung des Verfahrens zu berücksichtigen. Dieser Prozess mag für jeden, der schon einmal einen Videospiel-Controller benutzt hat, einfach klingen, aber es gehört viel mehr dazu, als nur zu wissen, wie man Eingaben macht. Der Bediener muss zum Beispiel in der Lage sein, den effizientesten Weg des Roboters zu visualisieren, damit die Bewegungen auf das Notwendige beschränkt werden. Unnötige Bewegungen oder Zeitverlängerungen, auch wenn sie noch so gering erscheinen, können sich auf die Produktionskapazität einer Fertigungsstraße auswirken. Hochgerechnet auf die Zeit kann ein ineffizienter Weg, der in einen Roboter eingezeichnet wird, zu erheblichen finanziellen Verlusten für den Hersteller führen.

Natürlich muss auch die Geschwindigkeit der einzelnen Bewegungen berücksichtigt werden, damit der Roboter so oft wie möglich Gelenkbewegungen ausführen kann. Diese Bewegungen sind vom Standpunkt der Bewegung aus gesehen effizienter, vorausgesetzt, der Programmierer verfügt über die nötige Erfahrung bei der Umsetzung. In der Tat mag diese Art der Programmierung für einen Beobachter einfach erscheinen, aber in Wirklichkeit kann es Jahre dauern, bis man sie beherrscht. Teach-Pendants gibt es schon seit Jahren und sie sind nach wie vor eine feste Größe in der Welt der Roboterprogrammierung.

Offline-Simulationen

Eines der größten Risiken bei der Programmierung eines Industrieroboters in der Fabrikhalle ist die daraus resultierende Ausfallzeit. Ein Programmierer muss sich mit der Maschine verbinden, Änderungen am Code vornehmen und die Bewegung der Ausrüstung im Kontext der Produktion testen, bevor der Betrieb wieder aufgenommen werden kann. Glücklicherweise kann die Offline-Simulationssoftware verwendet werden, um die vom Bediener beabsichtigten Codeänderungen anzunähern, so dass Fehler behoben werden können, bevor die Programmaktualisierung in Betrieb geht, und zwar ohne den Betrieb zu unterbrechen. Die Durchführung von Offline-Simulationen hat keine finanziellen Nachteile und stellt keine Gefahr für den Bediener dar, da die Simulationen auf einem PC ausgeführt werden können, der sich nicht in der Fabrikhalle befindet.

Es gibt viele verschiedene Arten von Programmen, die Offline-Simulationsfunktionen bieten, aber das Prinzip ist dasselbe: Es wird eine virtuelle Umgebung geschaffen, die für den Fertigungsprozess repräsentativ ist, und die Bewegungen werden mithilfe eines hochentwickelten 3D-Modells programmiert.

Dabei ist kein Programm eindeutig besser als ein anderes, aber je nach Komplexität der Anwendung kann eines davon vorzuziehen sein. Das Schöne an dieser Art der Programmierung ist, dass der Programmierer nicht nur Roboterbewegungen programmieren kann, sondern auch die Ergebnisse von Kollisions- und Beinahe-Fehlererkennungsfunktionen implementieren und anzeigen sowie Zykluszeiten aufzeichnen kann.

Da das Programm unabhängig vom Gerät auf einem externen Computer erstellt wird (und nicht manuell, wie es beim Teach-Pendant-Learning der Fall ist), können Hersteller von der Kurzzeitproduktion profitieren, da sie einen Prozess schnell automatisieren können, ohne den normalen Betrieb zu beeinträchtigen.

Während die Programmierung von Programmiergeräten einen sehr nuancierten Ansatz für Roboteranpassungen in der Fabrikhalle bietet, ist die Möglichkeit, Programmieraktualisierungen in einer Testumgebung durchzuführen, bevor der Code im physischen Gerät aktualisiert wird, wohl von größerem Nutzen.

Programmierung durch Demonstration

Diese Methode ähnelt im Großen und Ganzen dem Teach-Pendant-Verfahren. Wie beim Teach-Pendant kann der Bediener dem Roboter mit einem hohen Maß an Präzision eine Reihe neuer Bewegungen "zeigen" und diese Informationen im Robotercomputer speichern. Es gibt jedoch einige Vorteile, durch die sich die beiden Systeme voneinander unterscheiden. Zum Beispiel ist das Programmierhandgerät ein hochentwickeltes Handgerät, das eine Vielzahl von Steuerungen und Funktionen enthält. Bei der Programmierung durch Vorführung muss der Bediener den Roboterarm im Allgemeinen mit einem Joystick (und nicht mit einer Tastatur) steuern. Das macht den Programmiervorgang viel einfacher und schneller - zwei Dinge, die sich in weniger Ausfallzeiten niederschlagen.

Bei dieser Art der Roboterprogrammierung benötigt der Bediener auch weniger Zeit, um sich einzuarbeiten, da die Aufgabe selbst so programmiert wird, wie ein menschlicher Bediener sie erledigen würde.

Die Zukunft der Roboterprogrammierung

Alle diese Programmiermethoden haben ihren Platz in der Welt der Industrierobotik, aber keine von ihnen ist perfekt. Auf ihre eigene Art und Weise kann die Entwicklung und der Einsatz jeder Methode die Produktion behindern und die Kosten für den Hersteller erhöhen. Es wird Zeit benötigt, um dem Roboter beizubringen, wie er die Aufgabe auszuführen hat. In vielen Fällen können die Fähigkeiten des Bedieners oder Technikers diese Zeiten von einer Anwendung zur nächsten stark variieren.

Stellen Sie sich jedoch vor, ein Industrieroboter müsste nur "sehen", wie eine Aufgabe erledigt wird, um sie immer wieder fehlerfrei auszuführen. Die mit der Programmierung von Industrierobotern verbundenen Kosten und der Zeitaufwand würden enorm sinken.

Wenn das zu schön ist, um wahr zu sein, sollten Sie sich die Robotikbranche genauer ansehen; diese Art der Roboterschulung ist bereits in den Köpfen der Konstrukteure von Industrierobotern. Die Theorie, die hinter dieser Technologie steht, ist solide: Ein Bediener zeigt dem Roboter, wie eine bestimmte Aufgabe auszuführen ist, und der Roboter analysiert diese Informationen, um die effizienteste Abfolge von Bewegungen zu bestimmen, die für die Wiederholung der Aufgabe erforderlich sind. Während der Roboter die Aufgabe erlernt, hat er die Möglichkeit, neue Wege zu entdecken, um die Art und Weise der Aufgabenerfüllung zu verbessern.

Programmierung von komplexeren Robotern

Da immer mehr Fabriken zu intelligenten Fabriken übergehen und immer mehr autonome Geräte installiert werden, werden die Aufgaben, die den Robotern zugewiesen werden, immer komplexer. Das bedeutet, dass die Methoden, die wir derzeit zur Programmierung dieser Roboter verwenden, sich weiterentwickeln müssen. Auch wenn die heutigen Programmiertätigkeiten bewundernswert sind, besteht kaum ein Zweifel daran, dass künstliche Intelligenz eine wichtige Rolle bei der Art und Weise spielen wird, wie Roboter lernen.