Klausur 24 Mai 2016, Fragen und Antworten PDF

Preview

Summary

exam...

Description

1) Harmonic drive (Skizze, Funktionsweise) – Kap. 4

Funktionsweise: • Eingangsstufe - Stirnradgetriebe treibt Kurbelwelle • Zweite Stufe - Kurbelwelle bewirkt exzentrische Bewegung zweiter Planetenräder -> „RV Getriebe“ ist um 180° versetzt wegen Lastausgleich - In die im Gehäuse fixierte zylindrischen Bolzen greifen zykloidische Zähne ein - Bei einer Umdrehung der Kurbelwelle bewegt sich das RV Getriebe um einen Zahn in der entgegengesetzten Richtung • Ausgang ist entweder die Welle (Gehäuse fixiert) oder das Gehäuse (Welle fixiert) 2) Roboterantriebe – Kap 4 Arten & Vor- und Nachteile: Vorteile • Einheitliche und einfache Bauteilekonzeption • Reaktion auf Ansteuerung fast ohne Verzögerung • Signalübertragung ohne Verzögerung • Energie ist fast überall verfügbar • geräuscharm, betriebssicher Pneumatisch • Explosionsschutz • Hohe Kombinationsmöglichkeiten wegen einfachen Aufbau • Wartungsfreundlichkeit • Günstiges Leistungsgewicht • Druckluft meistens vorhanden Elektrisch

Hydraulisch

• •

Große übertragene Kräfte und Momente Stufenlose Geschwindigkeitsregelung

Nachteile • Kleine übertragene Kräfte und Momente • Kostspieliger Explosionsschutz • meist muss mein Getriebe verwenden • höhere Instandhaltungskosten

• •

• • • • • •

Luft kompressibel (endliche Übertragungsleitungen) Energieträger (Luft) geht verloren, muss sehr rein sein, muss erzeugt werden -> sehr teuer Lärm Bremsenverschleiß Beschränkung bzgl. Aufbringung großer Kräfte Wärmeentwicklung Umweltverschmutzung durch Leckverluste Zusätzlicher Hydraulikzylinder

• • •

Wegfall von Bremseinrichtungen Inkompressibiltät des Mediums Geringe Instandhaltungskosten

•

Lärm

Häufigkeit: wobei der Trend eindeutig zur Verwendung von elektrischen Antrieben geht. Nicht alle Achsen eines "IR" müssen die gleiche Antriebsart haben; es gibt- wenn auch verhältnismäßig selten - Mischformen, z.B. elektrisch + pneumatisch. am häuigsten: Elektrisch, da viele Vorteile seltener: Hydraulisch für große Lasten am seltensten: Pneumatisch, wo Lärm keine Rolle spielt Pneumatische Antriebe - Hauptsächlich bei einfachen Handhabungsgeräten (Einlegegeräten) verwendet, wo die Positionierung über Endanschläge erfolgt. - kostengünstig in der Anschaffung, ihre Zuverlässigkeit hält die Instandhaltungskosten niedrig. - Für "IR`s werden sie aber nur von wenigen Herstellern eingesetzt, da Lage- und Geschwindigkeitsregelung wegen der hohen kompressibilität der Luft große Probleme bereiten. Hydraulische Antriebe kommen vorwiegend bei Geräten zum Zug, die für schwere Lasten ausgelegt sind, da Hydrozylinder und Motoren bei kleinem Raumbedarf hohe Kräfte aufbringen. Allerdings gibt es auch dafür zunehmend elektrische Alternativen. Weiterhin nimmt man hydraulische Antriebe dort, wo Explosionsschutz erforderlich ist, also vor allem bei Lackierrobotern. Dieses Auswahlkriterium dürfte aber in Zukunft an Bedeutung verlieren, da es mittlerweile auch ex-geschützte elektrische Drehstrommotoren gibt. Nachteile sind: Warmfahren des Hydrauloköls bei Schichtbeginn, Störungsanfälligkeit des Hydrauliksystems (Servoventile), Geräuschentwicklung des Pumpensystems, verschmutzter Arbeitsplatz durch Hydrauliköl. "IR`s" mit hydraulischen Antrieben dürften langsam der Vergangenheit angehören. Elektrische Antriebe bieten als Vorteile: einfacher Aufbau Reperaturfreudlichkeit, leichte Regelbarkeit. Darüberhinaus sind sie vom Energieverbrauch her günstiger als Hydraulik, da das Drehmoment nur dann aufgebracht werden muß, wenn es auch tatsäschlich benötigt wird Bei den mittlerweile dominierenden elektrischen Antrieben entfällt der überwiegende Teil auf Gleichstrommotoren. Um die erforderlichen schnellen Hochlauf- und Verzögerungszeiten zu erreichen, hat man einen speziellen Typ, den sog. Scheibenläufermotor entwickelt, der sich durch geringe träge Massen und damit hohe Dynamik sowie seine kurze Bauform auszeichnet. Anstelle des üblichen gewickelten Ankers hat dieser eine dünne, eisenlose Scheibe mit aus Kupfer gestanzten Leiterbahnen. Obwohl der Scheibenläufer unter den Gleichstrommotoren als Optimum anzusehen ist, hat er doch einige grundlegende Nachteile aller Gleichstrommotoren: Wartungsaufwand wegen Bürstenverschleiß, Abfall des Drehmoments bei hohen Drehzahlen und Überlastungsgefahr bei Stillstand (Strom fließt immer über gleiche Lamellen --> Abhilfe: Bremsensteuerung). Diese Nachteile entfallen bei Drehstrommotoren, wobei insbesondere die Wartungsfreiheit ins Gewicht fällt. Obwohl sie mittlerweile kaum teurer als Gleichstrommotoren sind, sind sie außerdem bei gleichem Moment noch kleiner und leichter als (Gleichstrom-)Scheibenläufer.

Schließlich ist die Wärmeableitung einfacher, da die Wärme im Ständer und nicht wie beim Gleichstrommotoren im Läufer entsteht. 3) Baugruppen eines Industrieroboters – Kap 2 Blockschaltbild

Beschreibung der Funktionsgruppen

3 Funktionsgruppen, verantwortlich für diese Teilebereiche 4) Aufgaben des Steuerrechners – Kap 6 • • • • •

Koordinatentransformation Bahnberechnung Berechnung von Geschwindigkeit und Beschleunigung Berechnung von Sollwerten Positionsregelung

5) Kinematische Strukturen von Industrierobotern (IR) – Kap 3

6) HMI (human machine Interface) für Industrieroboter 7) Auswahlkriterien für Industrieroboter • • • • • • • • •

Lineare / Rotatorische Achsen Achszahl / Freiheitsgrade Arbeitsbereich / Standfläche des "IR" Handhabungsgewicht (Traglast) Verfahrgeschwindigkeiten -> Taktzeiten Beschleunigungsvermögen Wiederholgenauigkeit Umweltanforderungen Bahntreue

• • • • • •

Punktsteuerung / Bahnsteuerung Speichergröße Ein- / Ausgänge (einbindung ins Gesamtsystem) Sonderfunktionen Befehlsvorrat On- / Offline-Programmierung

8) Programmierverfahren – Ausführlich Offline – Programmierung – Kap 6 • • -

On-line Verfahren („direkte elektromechanische Programmierung“) „Anfahren von Punkten“, „Teach-In“, „Lead-Through“ „Abfahren einer Bahn“, „Pay-Back Verfahren“, „Folgeprogrammierung“ Off-line Verfahren Kann auch außerhalb der IR-Steuerung erfolgen Explizite Programmierung (bewegungsorientierte Programmierung) Implizite Programmierung (aufgabenorientierte Programmierung)

Genauere Beschreibung: • Erfolgt in der Fertigungsvorbereitung • Erstellung der Programme auf leistungsfähigen grafischen Simulationssystemen • Vorteile: - Unabhängigkeit vom Industrieroboter – Arbeitsplatz - Möglichkeit, große Mengen von Sensordaten zu integrieren - Verwendung von Variablen zur Ansteuerung - Programme können einfach erweitert werden • Nachteile: - Bewegungen sind schwierig zu programmieren (räumlich!) - Höhe Qualifikationserfordernisse an die Programmierer - Schnelle Rechner mit teurer Simulationssoftware erforderlich 9) Greifeinheiten für Industrieroboter – Kap 5 Es gibt: Fingergreifer, 2 Finger Winkelgreifer, 2 Finger Parallelgreifer, servoelektrische 2 Finger Greifer, 3 Finger Zentrischgreifer, einstellbare Greifer und Sauggreifer. Bei diesen Greifern kommen verschiedene Halteprinzipien zum Einsatz (halten durch ansaugen, halten durch Magnetismus, halten durch Oberflächenverhakung, halten durch mechanisches Spannen)

10) Arten und Einteilung von Handhabungsgeräten – Kap 1

Alle nachfolgend aufgeführten Geräte fallen unter den Begriff Handhabungsgeräte, bei denen man zwischen automatischen und nichtautomatischen unterscheidet. :: nichtautomatische Handhabungsgeräte o

o

Manipulatoren sind manuell gesteuerte Bewegungseinrichtungen. Sie werden vornehmlich für Handhabungs- aufgaben eingesetzt, um Menschen von schwerer körperlicher Arbeit zu entlasten. Vor allem dann verwendet, wenn eine Automatisierung z.B. wegen kleiner Losgrößen, unwirtschaftlich wäre. Teleoperatoren (Ferngreifer) sind ferngesteuerte Manipulatoren. Bedienungselemente und ausführende Mechanik sind räumlich voneinander getrennt. Sie werden dort eingesetzt, wo die Zugänglichkeit durch Bedienungs personal nicht möglich, gesundheitsschädlich oder gefährlich ist (Hitze, Staub, Chemikalien, Handhabung radioaktiver Substanzen, Meerestechnik). :: automatische Handhabungsgeräte

o

o

Einlegegeräte (pick and place) sind Bewegungsautomaten. Die Endposition der Bewegungen und die Bewegungsfolge werden durch Festanschläge bestimmt. Der Ablauf des Bewegungsvorganges kann nur durch mechanische Eingriff geändert werden. Sie sind im allgemeinen mit Greifern ausgerüstet. Industrieroboter (frei programmierbarer Handhabungsautomat): Definition nach VDI-Richtlinie 2860: Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegung hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw. Winkeln frei programmierbar (d.h. ohne mechanischen Eingriff vorzugeben bzw. änderbar) und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und handhabe- oder andere Fertigunsaufgaben ausführen.

11) Definitionen Positionierenauigkeit - „Wie genau erreicht der Roboter die gewünschte Position?“ - Abweichung zwischen gewünschter und erreichter Position - Besonders wichtig bei Off-Line Programmierung Wiederholungsgenauigkeit - Mechanische, rechnerische Faktoren (Spiel!) -> Abweichung bei wiederholt angefahrenen Punkten. Genauigkeit = Bereich von 99,5% der angefahrenen Punkte (Resultat stochastischer Fehler) Tool centre point (TCP) - TCP liegt entweder am Roboter oder am End-Effektor; Beschreibung in kartesischen, zylindrischen, etc. Koordinatensystemen Arbeitsbereich - Kinematische Struktur + Arbeitsbereiche der Gelenke ergeben fixen Arbeitsbereich; Arbeitsbereich entspricht Menge der Punkte welche • mit beliebiger oder • mit zumindest einer Orientierung angefahren werden kann.

13) Roboter für die Monatage bzw. Demontage 14) Roboter für Montageaufgaben Anforderungen - i.A. geringe Werkstückmassen (< 1 kg) - Kurze Taktzeiten - Hohe Positioniergenauigkeit (+- 0,1 mm) - i.A. geringe Anforderungen an kinematische Beweglichkeit - i.A. kleiner Arbeitsraum - i.A. Koordination mehrerer Roboter und/oder Geräte Anwendungsbeispiele - Montage - Bestücken - Montage von Kabelbäumen - Verlegung von Kabeln 15) Intelligente Roboter - Roboter der 3. Generation - neue Einstatzgebiete bzgl. selbständige Orientierung und Fortbewegung in realen und unbekannten Umgebungen (Mars-Pathfinder) - braucht ausreichend Sensorik und "Intelligenz" Was ist „Roboterintelligenz“? Letztlich geht es der schwachen KI somit um die Simulation intelligenten Verhaltens mit Mitteln der Mathematik und der Informatik; es geht ihr nicht um Schaffung von Bewusstsein oder um ein tieferes Verständnis von Intelligenz. Aufgabenplaner

Umwelt

16) Auditive Sensoren?? Gehört zur Gruppe der externen Sensoren

Funktionale Kontrollstruktur: Strategisch (Planer): verwaltet Weltrepräsentation (anhand d. verarbeitenden Umweltdaten; plant strategisch wichtigen Bahnzwischenpunkte die dann vom Navigator abgearbeitet werden können. Taktisch (Navigator): Wegplanung für nächstes Teilziel z.B. Hindernissen ausweichen Reaktiv (Pilot): aktive Fortbewegung; Hardwareebene wird von hier aus angesteuert; durch Sensoren ist die unmittelbare Umgebung bekannt

17) Visuelle Sensoren

Spezielle bildgebende Sensoren - Überblick und Anwendungsbeispiele Einsatz in folgenden Branchen (Auswahl)

Sensor

Beschreibung/Besond erheit

3-D-Sensoren (Fotometrisches Stereo)

Vermessung von Prüflingen mit dreidimensionalen Vermessungsverfahren (Lichtschnitt, Streifenprojektion, Photogrammetrie oder Triangulation); Möglichkeit der Rekonstruktion von Teilen

dreidimensionale Vermessung der Größe und Form/Geometrie des Prüflings; Ermittlung von Abweichungen vom Standardmaß

Automobilindustrie Automobilzulieferind ustrie Kunststoffindustrie Werkzeug- und Formenbau u. a.

Infrarot-Sensoren

Benutzung der Wärmestrahlung des Prüflings zur Erkennung von Fehlern im Material anhand der unterschiedlich schnellen Abkühlung; z. B. kühlen Luftblasen langsamer ab als feste Stellen

Erkennung von äußerlich nicht sichtbaren Fehlern; oberflächennahe Haftungsfehler, Korrosionsbildung unter Lack, Lufteinschlüsse, Risse, Festigkeit von Schweiß-, Klebe- und Lötverbindungen, Schichtdickenmessung

Holzindustrie Automobilindustrie Nahrungsmittelindust rie Keramikindustrie Metallindustrie u. a.

Schichtweise Durchdringung des Prüflings mit Röntgenstrahlen; Anfertigung eines dreidimensionalen Computertomographiebil des

Erkennung von nach außen nicht sichtbaren Fehlern im Inneren des Prüflings und Ermittlung deren Art, Geometrie und Lage: Lunker, Hohlräume, Fremdkörper, defekte Lötstellen; Prüfung von Schweißnähten

Metallguss Nahrungsmittelindust rie Elektronikindustrie Automobilzulieferind ustrie u. a.

Hohe Helligkeitsdynamik, hohe Fotoempfindlichkeit, hoher Temperaturbereich, keine "Blooming-" oder "Smearing"-Effekte, d. h. besonders helle Stellen beeinflussen die Darstellung der

Aufnahme von Szenen mit starkem Lichteinfall, Bewegungsverfolgung von Objekten, Beobachtung bzw. Überwachung von Szenerien, Hochgeschwindigkeitsaufn ahmen

Automobilindustrie Verkehrstechnik Sicherheitstechnik Biomedizin Unterhaltungselektro nik u. a.

Röntgen-Sensoren

CMOS-Sensoren

Anwendungsbeispiel

benachbarten Punkte nicht

Hochgeschwindigk eits-Sensoren

Aufnahme von bis zu 3.600 Bildern pro Sekunde; 1.000 Bilder pro Sekunde in Farbe und StandardVideoauflösung möglich

Analyse von Bewegungen anhand von Einzelbildern zur Erkennung fehlerhafter Bewegungen, z. B. bei Crashtests

Automobilindustrie Sport Medizin u. a.

18) Interne Sensoren Funktion: • Erfassung innerer Zustände Mit internen Sensoren wird der Systemzustand des Roboters erfaßt. Hierzu zählen u.a. Sensoren zur Erfassung von Position und Orientierung, Batterieladezustand, Temperatur, Drehzahl und interner Zeit.

Es gibt: • Positionssensor - Potentiometer - Optische Codierer - Differentialtransformator - Magnetische-induktive Geber • Geschwindigkeitssensor - Tachogenerator - Optische Codierer • Beschleunigungssensor - Si-Sensor - Piezo-elektrische Sensoren • INS (Inerial Navigation System) - Gyroskop - Geomagnetische Sensoren 19) Einteilung und Arten von externen Sensoren

20) Halteprinzipien von Greifern (mind. 1 Beispiel zeichnen und erklären)

- Sauggreifer

- Stiftgreifer

21) Anwendungsgebiete von Industrieroboter Anwendungen IR zur Werkzeugführung • Schutzgasschweißen • Beschichten • Brennschneiden • Plasmaschneiden • Entgraten • Laserschneiden, - schweißen • Wasserstrahlschneiden • Kleben • Punkteschweißen • Schleifen • Polieren • Fäsen • Messen und Prüfen • Montage • Handhabung an - Pressen - Schmiedepressen - Druck- und Spritzgussmaschinen

• • •

Werkzeugmaschinen Palettieren Kommissionieren Lackieren

22) Autonome mobile Roboter (Einteilung mobiler Industrieroboter nach Ortsbeweglichkeit)

Flurgebundene Anordnung

Flurfreie Anordnung

linienbeweglich in x, flächenbeweglich in y oder z-Achse xy, yz oder xz – Ebene induktiv geführtes Gleis- oder Flurförderzeug; Schlittenführung; schienenverfahrbares stehender Hubmast Regalbediengerät; Kreuztisch Portal; hängender Portal mit Hubachse; Hubmast Brückenkran oder Kreuzportal ohne Hubachse

raumbeweglich induktiv geführtes Regalbediengerät

Brückenkran oder Kreuzportal mit Hubachse

Mobile Robotersysteme: - Servicearbeiten in gefährlicher Umgebung - Erkundung fremder Planeten, Unterwasserumgebung - Transportvorgänge - Dienstleistungssektor - Automatic Guided Vehicles in der Produktion (AGVs) • Navigation durch Induktionsschleifen • Navigation durch Lichtsignale • Navigation durch Farbstreifen • Freie Navigation 23) Beschreiben sie einen einfachen Näherungssensor Ausführung:

Zugriff:

Hardware-Integration: Position:

Beim Näherungssensor genügt es mit einem Körperteil in die Nähe der Sensorfläche zu kommen, um einen Kontakt auszulösen. Die Entfernung hiefür ist einstellbar. Der Näherungssensor kann rund oder rechteckig geliefert werden. Taster für Menschen mit ganz geringer Kraft oder stark eingeschränkter Bewegungsmöglichkeit. Wird mit beliebigem Körperteil ausgelöst. Spezieller Adapter notwendig Der Sensor kann z.B. in der Nähe des Kopfes, der Hand oder des Beins angebracht werden. Der runde Näherungssensor kann einfach an Stangen oder am Schwanenhals montiert werden.

Bild eines Näherungssensors 24) Werkzeugweschselsysteme • •

Steigerung der Flexibilität von Industrierobotern Einsatz von Industrierobotern auch bei kleinen Losgrößen

i.A. Wechsel von: • Greifer • Greiferbacken • Werkzeuge Nachteil Werkzeugwechsel: • Dauer WW 10-20 sec. • Revolvergreifer - Wechselzeit geringer - Permanente Belastung durch Gewicht aller Greifer

27) Roboter in der Produktionsautomatisierung (CIM Systemen) – Kap 1/2 Bietet: - Gleichbleibende Qualität - Verkürzung der Bearbeitungszeit - Flexibilität durch universell einsetzbare Roboter - Integration von CIM: CAD/CAM/CAP, ims Vermeidung von Fehlern bei der Weitergabe von Informationen Erhöhung der Flexibilität KI Methoden 31) Hardware des Steuerrechners Zentrale Recheneinheit 16-Bit bzw. 32-Bit Mikroprozessoren; Arithmetikprozessor zur Erhöhung der Rechenleistung bei geometrischen Transformationen • Speichereinheit • Lagereglerbaugruppen - Geschwindigkeitsregelung – Positionsregelung; i.A. modulares System • I/O Kompnenten - Informationsaustausch mit Peripherie über seriell, parallele Schnittstellen; DI/DOKarte; Analogeingänge 32) Sicherheitsmaßnahmen beim Industrieroboter-Einsatz • -

33) Soziale Aspekte des Robotereinsatzes

Roboter: - Automatisieren gefährliche & gesundheitsgefährdende Tätigkeiten • Schweißen (Gewicht des Schweißgeräts, Funkenbildung) • Lackieren (giftige Dämpfe) • Arbeiten in Gießereien (Temperaturen) • Arbeiten, bei denen hohe Lärmpegel auftreten - Automatisieren monotone Tätigkeiten • Bewirken Nervosität und höhere Unfallgefahr - Gestatten die Anwendung neuer Technologien • PKW Hinterachse (Schweißen) • Wasserstrahlschneiden (Jet Cutting) 34) Geschichte der Robotertechnik...