Robotik- Mikado 4.0

3D-Kameras - Bin-Picking-Anwendungen können mit der Robot-Vision-Komplettlösung Mikado ARC von Isys Vision einfach, schnell und kostensparend optimiert werden. Sie erlaubt zudem eine effiziente Automatisierung im Prototypen- und Kleinserienbau.

30. Oktober 2019
Robotik- Mikado  4.0
Mit Mikado ARC von Isys Vision können Anwender dem Roboter in kürzester Zeit – auch ohne Robotik- Spezialwissen – viel Neues beibringen. (Bild: IDS Imaging Development Systems)

Durch Robot Vision können heute viele Industrieprozesse wirtschaftlich automatisiert werden. Doch bereits die Projektierung einer Robotik-Anwendung ist komplex und zeitintensiv. Frühzeitige Tests von Hard- und Software sollen Störungen bei der Inbetriebnahme vermeiden. Auch bei späteren Prozessänderungen an einer betriebsbereiten Anlage kommt es oft noch zu langen Stillstandszeiten und hohen Rüstkosten.

Mit dem neuen Mikado ARC Simulator, der exklusiv durch die IDS Imaging Development Systems GmbH vertrieben wird, erfolgt die Entwicklung und Optimierung von Greifprozessen vollständig virtuell und reduziert damit die Inbetriebnahmezeit am Roboter sowie die Entwicklungskosten für neue Hardwarekomponenten deutlich.

In der industriellen Produktion ist die Robotik eine der am schnellsten wachsenden Technologien. Sie ermöglicht Automatisierern eine hohe Fertigungsflexibilität bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit und Produktivität. Sensoren und moderne Kameratechnik schaffen eine virtuelle Abbildung der Realität, die Roboter befähigt, ihre Umgebung adaptiv zu erfassen und auf Situationen zu reagieren. Beim »Griff in die Kiste« mit chaotisch liegenden Teilen ermittelt die Robotersteuerung mithilfe einer dreidimensionalen Abbildung in Form einer 3D-Punktewolke, wie Teile sicher gegriffen und lagerichtig weitergereicht werden können. Was für den Betrachter so einfach und selbstverständlich aussieht, sind komplexe Prozesse mit viel Fehlerpotenzial. Ein Roboter führt seine Griffe nur sicher und reproduzierbar aus, wenn viele Faktoren vor der Realisierung der Greifsituation bekannt sind und in die Entwicklung einfließen können.

Systemintegratoren möchten potenzielle Fehlerquellen und Störungen schon während der Planungs- und Konzeptionsphase ausräumen, um Stillstandszeiten während des produktiven Betriebs und zeitintensive Nacharbeiten zu vermeiden. Lange Testphasen mit aufwendig gefertigten Prototypen können die Entwicklung eines Projekts jedoch schon im Vorfeld unrentabel machen. Auch die Optimierung von Taktzeiten oder des Entleerungsgrades kann eine laufende Bin-Picking-Anwendung längere Zeit stilllegen. Wie also können Systemintegratoren die Inbetriebnahme, Planung, und Wartung einer Robotikanlage dennoch wirtschaftlich durchführen?

Robotersteuerungslösungen wie Mikado ARC ermöglichen Systemintegratoren die Modellierung der Roboterzelle, der Greiferausführung und viele weitere Basisparameter als digitales Abbild einer realen Szene. Mit diesem sogenannten »digitalen Zwilling« kann das Anlagenkonzept bereits in automatisch laufenden Simulationsläufen verifiziert und verbessert werden, obwohl zu diesem Zeitpunkt noch kein einziger Prototyp in Realität gefertigt wurde.

Von der virtuellen zur realen Inbetriebnahme

Die Simulation der Hardwarekomponenten wird mithilfe der Planungsdaten und der realen Mikado-Steuertechnik durchgeführt. Dadurch zeigt diese virtuelle Inbetriebnahme Ergebnisse und potenzielle Probleme des geplanten Anlagenkonzepts auf – schneller, kostengünstiger und mit viel größeren Variationsmöglichkeiten als es mit einer realen Testanlage möglich wäre. Alle dabei ermittelten Erkenntnisse und Parameter können bei der folgenden realen Inbetriebnahme eins zu eins weiter verwendet werden.

Mit der »virtuellen Kameratechnik« erweitert Mikado ARC zudem die Möglichkeiten der Simulation, wodurch sich 3D-Kameradaten adaptiv aus jeder möglichen Ansicht einer Greifsituation synthetisch erzeugen lassen. Das heißt, es müssen keine Kamerabilder einer nachgestellten realen Szene aufgenommen und für die Simulation importiert werden. Sowohl spezielle Problemfälle als auch zufällige Situationen sind damit beliebig oft hundertprozentig reproduzier- bar. Schon während der Planung der Roboterzelle gibt die »virtuelle Kameratechnik« dem Systemintegrator Anhaltspunkte, wo und wie viele Ensenso-3D-Kameras benötigt werden. Variationen von Modell, Anzahl und Sichtwinkel der Kameras lassen sich im Simulatorbetrieb einfach und kostengünstig vor-evaluieren.

Der Simulator ist eine parallel arbeitende Software, die Mikado ARC mit 3D-Daten der virtuellen Realität versorgt und zusätzlich jede Aktion und Reaktion der Robotersteuerung für den Anwender protokolliert und auswertet. Die Mikado-Steuerungstechnik arbeitet mit den virtuellen Daten, als wären sie von realen Kameras aufgenommen, berechnet Roboterfahrten, plant automatisch kollisionsfreie Bahnen und greift simulierte Teile aus virtuellen Kisten. Damit visualisiert Mikado ARC auf einfache Art die Arbeitsweise des Roboters und nutzt das Interface zwischen realer und virtueller Welt, um die Produktivität einer Roboteranwendung zu optimieren. Auch die Umrüstung einer Bin-Picking-Anwendung auf neue Teile respektive eine Optimierung der Taktzeiten oder des Entleerungsgrads der verwendeten Teilebehälter unterstützt die adaptive Robotersteuerung Mikado ARC durch den simulatorgestützten Workflow.

Durch Verwendung von 3D-Daten der Ensenso-Kameras und CAD-Daten neuer Bauteile und Greiferprototypen erstellt der Mikado-ARC-Controller eine realitätsnahe, virtuelle Simulation der Greifsituation. Mithilfe der neuen »virtuellen Kameratechnik« mit integrierter Physik-Engine lassen sich auch die Behälter mit virtuellen Teilen synthetisieren und in beliebiger Anzahl zufällig »befüllen«. Die Auswertung der Simulation ermöglicht verlässliche Vorhersagen über Taktzeiten und den erreichbaren Entleerungsgrad der Boxen. Basierend auf diesen Simulatorergebnissen können die CAD-Daten eines neuen Greifer-Entwurfs solange verbessert werden, bis die Vorgaben erreicht werden. Die zeit- und kostenintensive Fertigung von Prototypen ist so nur einmal vor der realen Inbetriebnahme am Roboter notwendig.

Erschienen in Ausgabe: 07/2019
Seite: 32 bis 33