Ansteuerung des Mitsubishi Roboters

Fachpraktikum Produktionstechnik Wintersemester 2016/2017

Projektteam: Tobias Päschel, Khaled AL-Hushibiri

Studiengang: Mechatronik (7. Fachsemester)

Schwerpunkt: Global Production Engineering

Leitung: Prof. Dr. Mirek Göbel

Einleitung

Von der Produktentwicklung bis zum Recycling, lokale Nischen und globale Märkte: Der Schwerpunkt Global Production Engineering bietet ein umfangreiches Repertoire für die Planung und Umsetzung von Produktionsprozessen. Unter Prodktionstechnik versteht man die Transformation wissenschaftlicher Erkenntnisse in Verfahren und Prozesse, die einerseits vom Menschen (technologisch) beherrscht werden und sich andererseits in wirtschaftlich nutzbare Produktionssysteme integrieren lassen. Sie strebt nach Effizienz und wirtschaftlichem Erfolg und genau hier setzt dieses Fachpraktikum an, um eine Verknüpfung zwischen Theorie und Praxis herzustellen. Neben der Ansteuerung eines Industrieroboters gehören die Planung und virutelle Inbetriebnahme einer automatisierten Anlage mit Werkzeugen der Digitalen Fabrik, die praktische Automatisierungstechnik, der Umgang mit der SPS-Programmierung an der Schulungsanlage des Labors, Übungen zur CAD-CAM-CNC-Kette sowie die Fertigung von Teilen an den Werkzeugmaschinen des Labors zu den vielfältigen Themenfeldern.

Einführung in das Projekt

Abb. 1 MELFA Industrieroboter RV-2AJ von Mitsubishi Electric

Automatisierte Roboter sind aus dem 21. Jahrhundert nicht mehr wegzudenken. Historisch einmalig ist an der heutigen Lage aber nicht nur, dass die Automatisierung schneller wächst als die Märkte, sondern auch, dass die Maschinen weit mehr Jobs ersetzen, als zu ihrer Herstellung notwendig sind. Nahezu jedes größere Wirtschaftsunternehmen verlässt sich auf automatisierte Systeme, wie den MELFA Industrieroboter RV-2AJ von Mitsubishi Electric. Daher ist die Nachfrage nach automatisierten Systemen gewaltig.

Unter der Automatisierung versteht man die Systemübertragung von Funktionen des Produktionsprozesses, insbesondere Prozesssteuerungs- und -regelungsaufgaben vom Menschen auf künstliche Systeme.

Die Automatisierungsziele in technischen Anlagen werden vor allem durch folgende Punkte geprägt:

• Die Automatisierung wird eingesetzt, weil die Überwachung und Steuerung des Prozesses für den Menschen zu schwierig ist.

• Durch die Automatisierung lassen sich bessere wirtschaftliche Ergebnisse als durch manuelle Steuerung erzielen.

• Mittels Automatisierungsanlagen können die Unzulänglichkeiten des Menschen, wie z.B. Fehlhandlungen oder Überbeanspruchung vermindert werden.

• Die Automatisierung ermöglicht eine Verbesserung der Arbeits- sowie Lebensbedingungen, indem sie von monotoner, anstrengender oder gefährlicher Arbeit befreit wird.

Projektziele

Aus den dargestellten Zielen der Automatisierung lassen sich die Projektziele ableiten. Ein wichtiges Projektziel ist die Förderung der Prozessstabilisierung. Diese muss durch die Automatisierungstechniken die Einhaltung der geforderten Prozessgrößen garantiert werden. Insbesondere kann dies durch die Beseitigung der Auswirkungen von Störungen erreicht werden. Weiterhin ist es notwendig, dass der Indsutrierboter gefährliche Extremsituationen des Prozesses alarmierend aufzeigt, damit Maßnahmen zur Abwendung eines größeren Schadens eingeleitet werden können. Bei vollautomatisierten Prozessabläufen (z.B. bei der Einbindung in die MPS-Anlage) müssen solche Extremzustände verhindert werden.

Ein weiteres Ziel ist die Einhaltung der Prozessführung. Bei der Prozessführung sind die technologisch vorgegebenen Prozessabläufe und Anlagenzustände im zeitlichen Ablauf einzuhalten. Dies kann durch die Durchführung eines entsprechend vorgegebenen Programms oder die Nutzung von Datenbanken erfolgen. Möglichst optimale Arbeitspunkte, insbesondere durch die Optimierung von Übergangsvorägngen, sollen automatisch ermittelt und herbeigeführt werden.

Projektplanung

Die nachfolgende Abbildung 2 beschreibt das Konzept der Projektplanung. Diese wurde weitestgehend eingehalten.

Abb. 2 Projektplanung im zeitlichen Ablauf

Inbetriebnahme des Roboterarms

Die Sichtprüfung muss vor jeder Inbetriebnahme durchgeführt werden!

Folgende Punkte müssen vor dem Start der Station überprüft werden:

• Die elektrischen Anschlüsse
• Den korrekten Sitz und den Zustand der Druckluftanschlüsse
• Die mechanischen Komponenten auf sichtbare Defekte (Risse, lose Verbindungen usw.)
• Die NOT-AUS Einrichtungen auf Funktion

Gegebenenfalls vor dem Start der Station entdeckte Schäden/Fehler beseitigen!

Ansteuerung per Teaching Box

Abb. 3 [MODE]-Schalter am Steuergerät

Abb. 4 Teaching Box einschalten

Schritt 1: Versorgungsspannung einschalten

1. Vergewissern, dass sich niemand im Bewegungsbereich des Roboterarms aufhält.

2. Den [POWER]-Schalter an der Seite des Steuergerätes in die Position „ON“ bringen.

3. Die Kontroll-LEDs des Steuergerätes blinken einen Moment. Auf der STATUS NUMBER-Anzeige erscheint die Anzeige „o.100“.

Schritt 2: Teaching Box einschalten

1. Den [MODE]-Schalter in die „TEACH“-Position stellen (siehe Abb. 3).

2. Den [ENABLE/DISABLE]-Schalter in die Position „ENABLE“ drehen (siehe Abb. 4).

3. Auf dem Display der Teaching Box erscheint das Hauptmenü (siehe Abb. 4).

Positionen teachen

Zum Teachen der Positionen wie folgt vorgehen:

1. Nach dem Einschalten des Steuergerätes das Startdisplay durch Drücken der Taste MENU aufrufen. 'TEACH' durch Drücken der Taste INP/EXE wählen.

2. Programmnummer des aktuellen Programms eingeben. Danach INP/EXE Taste drücken.

3. POS Taste drücken. Mit den Tasten +/ FORWD bzw. -/ BACKWD Positionen P1, P2, P3, P4, P5 und P99 auswählen.

4. Verfahrgeschwindigkeit durch Drücken der Taste -/ BACKWD reduzieren.

5. Totmannschalter auf der Rückseite der Teachingbox sowie STEP/MOVE Taste drücken. Wenn die Servomotoren eingeschaltet sind, INP/EXE Taste drücken. Die gewählte Position wird angefahren. Dabei auf mögliche Kollisionen achten!

6. Angefahrene Positionen kontrollieren. Ist die Position korrekt, zu Schritt 3 zurückkehren und nächste Position prüfen. Ist die Position nicht korrekt, weiter mit Schritt 7 verfahren.

7. Totmannschalter drücken.

8. Koordinatensystem wählen, z. B. XYZ.

9. STEP/MOVE Taste drücken und Roboter durch Drücken der Tasten -X, +X, -Y, +Y, -Z, +Z, -A, +A, -B und +B bewegen.

10. Wenn die genaue Position angefahren ist, ADD Taste zweimal drücken. Die aktuelle Position wird in die Positionsliste übernommen.

Wartung und nützliche Hinweise

Austausch der Pufferbatterien

Der Roboterarm verfügt über Pufferbatterien, um die Encoder-Positionsdaten auch im ausgeschalteten Zustand zu speichern. Ebenso befindet sich im Steuergerät eine Pufferbatterie, die zur Speicherung der Programme und Positionen dient. Ist die Lebensdauer der Batterien abgelaufen, wird eine Fehlermeldung mit der Fehlernummer 7520 ausgelöst. Die Batterien sind dann schnellstmöglich zu ersetzen, um einen Verlust der Daten zu verhindern. Die Batterien sind auf Lithiumbasis hergestellt (Ersatzteilbezeichnung: A6BAT und ER6). Der folgende Abschnitt beschreibt das Austauschen der Pufferbatterien.

(HINWEIS: Sowohl die Batterien im Roboterarm als auch die im Steuergerät immer gleichzeitig austauschen!)

(HINWEIS: Der gesamte Austauschvorgang darf maximal 15 Minuten dauern. Andernfalls kann es zu einem Datenverlust kommen!)

Austausch der Batterien im Roboterarm

Abb. 5 Austausch der Pufferbatterien im Roboterarm

1. Überprüfung der Kabelverbindung zwischen Roboterarm und Steuergerät.

2. Steuergerät einschalten.. Das Steuergerät liefert während des Batteriewechsels die Versorgungsspannung für die Encoder. Der Roboterarm muss mit dem eingeschalteten Steuergerät verbunden sein, damit die Positionsdaten nicht verloren gehen.

3. Mit dem Jog-Betrieb die angegebenen Achsen wie folgt verfahren: J2 = −20°, J3 = 90° und J5 = 90°.

4. Zur Sicherheit den NOT-HALT-Schalter betätigen.

5. Schulterabdeckung A entfernen.

6. Batteriefachabdeckung 2 entfernen (s. Abb. 5).

7. Schrauben 3 und die Batteriehalterung 4 entfernen (s. Abb. 5).

8. Alle alten Batterien aus dem Batteriehalter entnehmen und die Steckanschlüsse trennen.

9. Neue Batterien einsetzen. Anschließend Anschlussstecker wieder aufstecken.

10. Batteriehalterung montieren.

11. Abdeckung des Batteriefachs montieren.

12. Sachgerechte Entsorgung derBatterien.

Austausch der Batterie im Steuergerät

Abb. 6 Entfernen des Gehäusedeckels

Abb. 7 Batterie austauschen

1. Steuergerät für ca. 1 Minute einschalten.

2. Netzschalter ausschalten und Netzzuleitung trennen.

3. Mindestens 3 Minuten warten, damit sich die Restspannungen abbauen können.

4. Befestigungsschraube des Gehäusedeckels lösen und Abdeckung entfernen.

5. Steckverbindung lösen und Batterie entnehmen.

6. Neue Batterie einsetzen.

7. Den Stecker der Batterie mit dem entsprechenden Anschluss verbinden. Kontaktseite dabei nach unten halten.

8. Alle Abdeckungen mit den Befestigungsschrauben montieren.

9. Batterie-Timer zurück (siehe Zurücksetzung des Batterie-Timers).

10. Sachgerechte Entsorung der Batterie.

Zurücksetzendes Batterie-Timers

Den Batterie-Timer sofort nach dem Austauschen der Batterie zurücksetzen. Dabei wie folgt vorgehen:

Abb. 6 Batterie-Timer zurücksetzen

Einbindung des Roboterarms in die MPS-Station

Zur Inbetriebnahme der MPS-Station Roboter wird benötigt:

• Die montierte und justierte MPS-Station
• Ein Steuergerät
• Eine Teaching Box
• Ein Netzgerät 24 V DC, 4,5 A
• Eine Druckluftversorgung mit 600 kPa (6 bar), Saugleistung ca. 50 l/min
• Einen PC mit installierter Roboter Programmiersoftware Cosirop, Cosimir Industrial oder Cosimir Professional

Fazit

Das Projekt "Ansteuerung des Mitsubishi Roboters" ist ein vielseitiges Projekt, welches sowohl für den Anfänger als auch für den fortgeschrittene Anwender gedacht ist. Die Projekterwartungen wurden größtenteils erfüllt, jedoch konnte kein vollständig funktionierendes Programm erstellt werden. Des Weiteren konnte der Roboterarm aufgrund Probleme sowie mangelnde Zeit nicht in die MPS-Station eingebunden werden.

Durch dieses Projekt wurden sowohl fachliche als auch soziale Kompetenzen weitergebildet, die sowohl für den weiteren Verlauf des Studiums der Mechatronik als auch für das spätere Berufsleben von Vorteil sind.

Verbesserungsvorschläge:

• Das Einbinden des Industrieroboterarms in die MPS-Station hat nicht funktioniert, da die MPS-Anlage - Stand Dezember 2016 - nicht betriebsbereit ist. Dies führt z.B. dazu, dass sich der Roboterarm in Schleifen von Programmen aufhängt.

Sämtliche Daten, die zur Bearbeitung des Projektes erstellt und benötigt wurden befinden sich im SVN der Hochschule.

Literatur

¹ Mitsubishi Electric (Hrsg.): MELFA Industrieroboter RV-2AJ von Mitsubishi Electric. Selbsterstellte Grafik, Lippstadt, 2016.

Sonstiges

Autoren: Tobias Päschel, Khaled AL-Hushibiri

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