Aufbau der Sicherheitstechnik und Inbetriebnahme ABB Industrieroboter

Aus HSHL Mechatronik
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Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Mirek Göbel
Autor: Martin Theine

Abb.1: Roboterstation ABB IRB 1400 M98

Dieser Artikel soll einen Überblick über das Projekt Roboterstation ABB IRB1400 M98 und den aktuell 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-Laserscanners der Firma Leuze
  • Konstruktion eines Gestells zur Bodenmontage des Sicherheits-Laserscanners
  • Auslegung und Beschaffung der pneumatischen und elektrischen Komponenten zur Ansteuerung von pneumtaischen Effektoren
  • Konstruktion und anschließende Herstellung von Adaptern, Greiferfingern und weiterer Einzelteilen mittels 3D-Duck
  • Definieren einer Vorgehensweise zur Programmierung der Inustrierroboter
  • 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 Kompetenz für das Planen und Umsetzen von Handhabungsaufgaben mit der Roboterstation ABB IRB1400 M98 erforderlich sind.

Abb. 2: Aufwand pro Fachgebiet

Informationen zur Roboterstation

Abb. 3: Roboterstation ABB IRB1400 M98 - Arbeitsraum

Dieser Abschnitt befasst sich mit der Inbetriebnahme und den Arbeiten mit der Roboterstation. Hierzu werden die Robotorestation 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. 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


Abb. 4: Roboterstation ABB IRB1400 M98 - Schutzraum

Weiterführende Informationen siehe techn. Dokumentation im SVN:
Sicherheits-Laserscanner-RSL410
/Technische Daten ABB IRB1400 M98

Betriebs-/ Montageanleitung

Allgemein

ABB IRB1400 M98 - Bedienungsanleitung

Kalibrierung

ABB IRB1400 M98 Bedienungsaleitung - Kalibrierung

Programmier- und Simulationsumgebeung in RoboDK

ABB IRB1400 M98 Bedienungsaleitung - Programmiereung/Simulation

Erstellen der Roboterprogramme und Übertragung auf die Robotersteuerung

ABB IRB1400 M98 Bedienungsaleitung - Roboterprogramme

Sicherheitskreis und Schutzraum der Roboterstation

ABB IRB1400 M98 Bedienungsaleitung - Sicherheits-Laserscanner

Funktionaler Systementwurf / Technischer Systementwurf

Instandsetzung und Optimierung der Industrieroboter

Tabelle 1: Instandsetzung und Optimierung
Titel Inhalt Abbildung Bemerkung Weiterführede Informationen
Kabel-Robotersteuerung Herstellen eines neuens Kabels zur Verbindung des Roboterarms mit der ABB S4 Robotersteuerung. Crimpen der Pin-Kontakte und Montage der ITT-Cannon Rundsteckverbinder

Komponenten:

  • 1 St. ITT-Cannon Trident Neptune Metall: TNM6S16-0019P1L (Stecker Buchsen-Kontakt)
  • 1 St. ITT-Cannon Trident Neptune Metall: TNA16CCSE-00L (Gehäuse)
  • 1 St. Datenleitung geschiermt 19 x 0.25 mm²
  • ITT-Cannon T3P Crimp Kontakte 192991-0097 (Pin) bzw. 192991-0056 (Buchse)
siehe Datenblatt im SVN:

ITT-Cannon Trident Katalog

Kabel-I/O-Schnittstelle Herstellen eines neuens Kabels der I/O-Schnittstelle der ABB S4 Robotersteuerung mit dem Roboterarm. Crimpen der Pin-Kontakte und Montage der ITT-Cannon Rundsteckverbinder.

Komponenten:

  • 1 St. ITT-Cannon Trident Neptune Metall: TNM6S14-0012P1L (Stecker Buchsen-Kontakt)
  • 1 St. ITT-Cannon Trident Neptune Metall: TNM6S14-0304S1L (Stecker Pin-Kontakt)
  • 2 St. ITT-Cannon Trident Neptune Metall: TNA14CCSE-00L (Gehäuse)
  • 1 St. Datenleitung geschiermt 12 x 0.25 mm²
  • ITT-Cannon T3P Crimp Kontakte 192991-0097 (Pin) bzw. 192991-0056 (Buchse)
siehe Datenblatt im SVN:

ITT-Cannon Trident Katalog

Kabel-Teachpendant Ersetzen des Kables 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:

  • 1 St. ITT-Cannon Trident Neptune Metall: TNM6S16-0019P1L (Stecker Pin-Kontakt)
  • 1 St. ITT-Cannon Trident Neptune Metall: TNA16CCSE-00L (Gehäuse)
  • 1 St. Datenleitung UNITRONIC® FD CY 10 x 0.25 mm²
  • ITT-Cannon T3P Crimp Kontakte 192991-0097 (Pin) bzw. 192991-0056 (Buchse)
siehe Datenblatt im SVN:

ITT-Cannon Trident Katalog

Akku-Pack Roboterfuß Ersetzen des sich im Roboterfuß befindlichen Akku-Packs. Zusammenlöten der einzelenen Industriezellen, anlöten der Anschlussleitungen und anschließende montage im Roboterfuß.

Komponenten:

  • 6 St. Panasonic Industriezellen NiCd Sub-C 1,2 V 2500 mAH
  • 1 St. WAGO Federleiste 2-polig
  • 2 St. Silikonkabel 1 x 0,5mm²
-
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:

Floppy-Disk Emulator Kurzanleitung


Auslegung und Installation des Pneumatiksystems

Baugruppe-Druckluftaufbereitung

Abb. 5: 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

Abb. 6: 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.

Tabelle 2: Effektoren
Titel/Benennung Abbildung Bemerkung Weiterführede Informationen
Kallibrierspitze - siehe CAD-Daten im SVN:

ABB IRB1400 Zubehör

Festo Parallelgreifer
DHPS-25-A
Komponenten:
  • 1 St. Adapter zur montage am Werkzeugflansch
  • 2 St. Drosselrückschlagventil
    Festo GRLA-M5-QS-6-D
  • 2 St. Näherungsschalter
    Festo SMT-8G-PS-24V-E-2,5Q-OE
siehe Datenblatt im SVN:

Festo-Parallelgreifer
Festo-Drosselrückschlagventil

siehe CAD-Daten im SVN:
ABB IRB1400 Zubehör

Festo Parallelgreifer
DHDS-32-A
Komponenten:
  • 1 St. Adapter zur montage am Werkzeugflansch
  • 2 St. Drosselrückschlagventil
    Festo GRLA-1/8-QS-6-D
  • 2 St. Näherungsschalter
    Festo SMT-8G-PS-24V-E-2,5Q-OE
siehe Datenblatt im SVN:

Festo-Dreipunktgreifer
Festo-Drosselrückschlagventil

siehe CAD-Daten im SVN:
ABB IRB1400 Zubehör

Stifthalter - siehe CAD-Daten im SVN:

ABB IRB1400 Zubehör


Sicherheitseinrichtungen der Roboterstation

Die Erweiterung des Schutzraumes um den Sicherheits-Laserscannefs der Firma Leuze stellt einen wesentlichen Bestandteil der Vermeidung von Person

Abb. 7: Sicherheits-Laserscanner Leuze RSL410

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 Robotersteurung in Hinsicht auf I/O-Schnittdstelle konfiguration, Begrenzung des Arbeitsraums, 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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