Aufbau der Sicherheitstechnik und Inbetriebnahme ABB Industrieroboter
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Mirek Göbel
Autor: Martin Theine
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Dieser Artikel soll einen Überblick über das Projekt Roboterstation ABB IRB1400 M98 und den aktuellen Stand geben und somit einen Anreiz für mögliche Paxis-, Projekt-, Bachelor- und Masterarbeiten bieten. Die Roboterstation ABB IRB1400 M98 ist im Robotiklabor der Hochschule Hamm-Lippstadt am Campus Lippstadt aufgestellt.
Aufgabe
Projektziel
- Instandsetzung und Optimierung der Industrieroboter
- Erweiterung des Sicherheitskreises der Industrieroboter um einen Sicherheits-Laserscanner der Firma Leuze
- Konstruktion eines Gestells zur Bodenmontage des Sicherheits-Laserscanners
- Auslegung und Beschaffung der pneumatischen und elektrischen Komponenten zur Ansteuerung von pneumatischen Effektoren
- Konstruktion und anschließende Herstellung von Adaptern, Greiferfingern und weiteren Einzelteilen mittels 3D-Duck
- Definieren einer Vorgehensweise zur Programmierung der Industrieroboter
- Programmierung und Simulation der umzusetzenden Handhabungsaufgabe
- Umsetzen verschiedener Handhabungsaufgaben unter der Verwendung der in Tabelle 2 aufgelisteten Effektoren
Erwartung an die Projektlösung
- Systematisches Vorgehen bei Arbeiten an bzw. mit der Roboterstation (siehe V-Modell)
- Vorgehen bei der Umsetzung von Handhabungsaufgaben:
- Planen
- Simulieren
- Umsetzen
- Erproben
- Modularer Aufbau des pneumatischen System, sodass eine einfach Anpassung und Erweitrung jederzeit möglich ist
Aufwand pro Fachgebiet
Das in Abbildung 2 dargestellte Diagramm zeigt den Anteil der einzelnen Fachgebiete des Studiengangs Mechatronik. Somit lässt sich im Vorfeld abschätzen, welche Kompetenzen für das Planen und Umsetzen von Handhabungsaufgaben mit der Roboterstation ABB IRB1400 M98 erforderlich sind.
Informationen zur Roboterstation
Dieser Abschnitt befasst sich mit der Inbetriebnahme und dem Arbeiten mit der Roboterstation. Hierzu werden die Roboterstation und die darin aufgestellten ABB IRB1400 M98 Industrieroboter inkl. ABB S4C Steuerung erläutert. Weiterhin sind nachfolgend die wichtigsten Punkte und die dazugehörigen Links zu den entsprechenden Abschnitten der Betriebs- und Montageanleitung aufgelistet. Die Abb. 3 zeigt die Roboterstation schematisch in der Ansicht von vorne mit den Arbeitsräumen der beiden ABB IRB1400 M98 Industrieroboter. Die Ansicht von oben inkl. Abmaße des Schutzraumes der Roboterstation zeigt schematisch die Abb. 4.
Technische Daten der ABB Industrierroboter
| Hersteller: | ABB Robotics AB |
| Typ: | IRB 1400 M98 |
| Robotersteuerung: | S4C BaseWare OS 3.2 |
| Werkzeugflansch: | Flansch: Ø50 mm h8; Lochkreis: Ø40 mm / 4 x M6 |
| Werkzeugabmessungen: | max. z = 295 mm; max. x / y = 215 mm |
| Nutzlast | 5 kg (Werkzeug + Werkstück) |
| Positioniergenauigkeit: | 0,45 - 1,0 mm |
| Schwenkbereich: | Achse 1: +170° bis -170° Achse 1: +70° bis -70° Achse 3: +70° bis -65° Achse 4: +150° bis -150° Achse 5: +115° bis -115° Achse 6: +300° bis -300° |
| Geschwindigkeit: | Achse 1 bis 3: 120°/s; Achse 4 bis 6: 280°/s |
| I/O-Schnittstellen: | Digital: 16 x Input / 16 x Output Analog: 4 x Output |
| weitere Schnittstellen: | Serielle Schnittstelle über RS232 und RS485 |
Weiterführende Informationen siehe techn. Dokumentation im SVN:
Technische Daten ABB IRB1400 M98
Sicherheits-Laserscanner-RSL410
Betriebs-/ Montageanleitung
Allgemein
ABB IRB1400 M98 - Bedienungsanleitung
Kalibrierung
ABB IRB1400 M98 Bedienungsaleitung - Kalibrierung
Programmier- und Simulationsumgebung in RoboDK
ABB IRB1400 M98 Bedienungsaleitung - Programmierung/Simulation
Erstellen der Roboterprogramme und Übertragung auf die Robotersteuerung
ABB IRB1400 M98 Bedienungsanleitung - Roboterprogramme
Sicherheitskreis und Schutzraum der Roboterstation
ABB IRB1400 M98 Bedienungsaleitung - Sicherheits-Laserscanner
Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf
Instandsetzung und Optimierung der Industrieroboter
| Titel | Inhalt | Abbildung | Bemerkung | Weiterführede Informationen |
|---|---|---|---|---|
| Kabel-Robotersteuerung | Herstellen eines neuen Kabels zur Verbindung des Roboterarms mit der ABB S4 Robotersteuerung. Crimpen der Pin-Kontakte und Montage der ITT-Cannon Rundsteckverbinder | 
|
Komponenten:
|
siehe Datenblatt im SVN: |
| Kabel-I/O-Schnittstelle | Herstellen eines neuen Kabels der I/O-Schnittstelle der ABB S4 Robotersteuerung mit dem Roboterarm. Crimpen der Pin-Kontakte und Montage der ITT-Cannon Rundsteckverbinder. | 
|
Komponenten:
|
siehe Datenblatt im SVN: |
| Kabel-Teachpendant | Ersetzen des Kabels zum Anschluss des Teachpendant mit der ABB S4 Robotersteuerung. Demontage des Teachpendants, Crimpen der Pin-Kontakte Montage der ITT-Cannon Rundsteckverbinder und Zusammenbau des Teachpendants. | 
|
Komponenten:
|
siehe Datenblatt im SVN: |
| Akku-Pack Roboterfuß | Ersetzen des sich im Roboterfuß befindlichen Akku-Packs. Zusammenlöten der einzelenen Industriezellen, Anlöten der Anschlussleitungen und anschließende Montage im Roboterfuß. | 
|
Komponenten:
|
- |
| USB-Laufwerk | ABB S4 Robotersteuerungen sind standardmäßig mit einem Disketten-Laufwerk ausgestattet. Um eine zeitgemäßere Übertragung der Roboterprogramme auf die Robotersteuerung zu realisieren, wird dieses durch ein geeignetes USB-Laufwerk inkl. Verwaltungssoftware ausgetauscht. | 
|
HW Automation Floppy to USB Converter passend für alle S4 Artikel-Nr.: 992002 |
siehe Datenblatt im SVN: |
Auslegung und Installation des Pneumatiksystems
Baugruppe-Druckluftaufbereitung
Kompnenten
- 1 St. Wartungsgeräte-Kombination Festo MSB4-AGB-J2-M1-WP
- 2 St. Einschaltventil Festo MS4-EM1-AGB-S-WP
Weiterführende Informationen siehe Datenblatt im SVN:
Festo-Wartungsgerätekombination
Baugruppe-Effektorsteuerung
Komponenten:
- 1 St. Ventilinsel Festo MPAL-VI-34P-MS1-DE-ACC-JMUMU-DE-MD+DD
Weiterführende Informationen siehe Datenblatt im SVN:
Festo-Ventilinsel
Sub-D DIN-Schienen Schnittstelle
Effektoren
Die nachfolgen Tabelle stellt eine Übersicht aller für die ABB IRB 1400 M98 Industrieroboter vorhandenen Effektoren dar. Alle relevanten technischen Dokumentationen und Datenblätter, sowie die CAD-Daten (3D-Modell und Zeichnung) sind im SVN des Studuengangs Mechatronik der Hochschule zu finden.
| Titel/Benennung | Abbildung | Bemerkung | Weiterführede Informationen |
|---|---|---|---|
| Kallibrierspitze | 
|
- | siehe CAD-Daten im SVN: |
| Festo Parallelgreifer DHPS-25-A |
|
Komponenten:
|
siehe Datenblatt im SVN:
Festo-Parallelgreifer
siehe CAD-Daten im SVN:
|
| Festo Parallelgreifer DHDS-32-A |
|
Komponenten:
|
siehe Datenblatt im SVN:
Festo-Dreipunktgreifer
siehe CAD-Daten im SVN:
|
| Stifthalter | 
|
- | siehe CAD-Daten im SVN: |
Sicherheitseinrichtungen der Roboterstation
Baugruppe-Sicherheits-Laserscanner
Technische Daten Sicherheits-Laserscanner
| Hersteller: | Leuze electronic GmbH + Co. KG |
| Typ: | RSL410-M/CU405-2M12 |
| Artikel-Nr.: | 53800206 |
| Reichweite: | 0 bis 4,5 m |
| Entfernungsauflösung: | 0,01 m |
| Winkelbereich: | 270° |
| Winkelauflösung | 0,1° |
| Anzahl der Sicherheits-Schaltausgänge: | 2 St. |
| Schaltspannung: | min. 20,8 V DC (high) / max. 2V (low) DC |
Kompnenten
- 1 St. Gestell aus 40mm x 40mm Konstruktionsprofilen
- 1 St. Leuze Montagewinkel BTF815M
- 1 St. Leuze Sicherheits-Laserscanner RSL410-M/CU405-2M12
Weiterführende Informationen siehe Betriebsanleitung im SVN:
Sicherheits-Laserscanner-RSL410
Umgesetzte Handhabungsaufgaben
Zusammenfassung und Ausblick
Offene Punkte
Aus diesen offenen Punkten kann in Absprache ein schlüssiges Thema für eine studentische Arbeit definiert werden:
- Fehleranalyse und -behebung Roboter 2
- Anpassung der Systemparameter für beide Robotersteurungen im Hinblick auf die I/O-Schnittstellenkonfiguration, Begrenzung des Arbeitsraumes, etc.
- Erweiterung der Effektoren um einen manuellen oder pneumatischen Werkzeugwechsler
- Entwickeln und Umsetzen von weiteren Handhabungsaufgaben
- Treiber zur seriellen Kommunikation zwischen Robotersteuerung und PC
Quellen / Weiterführende Literatur
[1] Dillinger, J.: Fachkunde Metall. Verl. Europa-Lehrmittel Nourney Vollmer, HaanGruiten, 2007. [2] Grollius, H.-W.: Grundlagen der Pneumatik. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München, 2018. [3] Hesse, S.; Malisa, V. Hrsg.: Taschenbuch Robotik, Montage, Handhabung. Mit 34 Tabellen. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München, 2016. [4] Hesse, S.; Malisa, V.: Grundlagen der Handhabungstechnik. Carl Hanser Verlag, München, 2020. [5] Pott, A.; Dietz, T.: Industrielle Robotersysteme. Entscheiderwissen für die Planung und Umsetzung wirtschaftlicher Roboterlösungen. Springer Fachmedien Wiesbaden; Imprint: Springer Vieweg, Wiesbaden, 2019. [6] RoboDK Inc.: RoboDK Simulate Robot Applications. Simulate any Industrial Robot with One Simulation Environment. https://robodk.com/, Stand: 26.08.2021. [7] Weber, W.: Industrieroboter. Methoden der Steuerung und Regelung. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, München, 2017.
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