Virtuelle Robotik

Simulation von Greifprozessen

Virtuelle Robotik. Inbetriebnahme und Optimierung von Bin-Picking-Anwendungen lässt sich mit der Robot-Vision-Lösung Mikado ARC einfach und schnell durchführen. Sie bringt Flexibilität in die Produktionslinie und ermöglicht eine effiziente Automatisierung im Prototypenbau und bei Kleinserien.

Im Simulatorbetrieb arbeitet Mikado ARC unabhängig von der realen Roboterzelle. © IDS

Beim „Griff in die Kiste“ mit chaotisch liegenden Teilen ermittelt die Robotersteuerung mittels einer dreidimensionalen Abbildung in Form einer 3D-Punktewolke, wie Teile sicher gegriffen und lagerichtig weitergereicht werden können. Dahinter stecken komplexe Prozesse mit viel Fehlerpotenzial. Ein Roboter führt seine Griffe nur sicher und reproduzierbar aus, wenn viele Faktoren vor Realisierung der Greifsituation bekannt sind und in die Entwicklung einfließen können. Mögliche Fehlerquellen und Störungen möchten Systemintegratoren schon während der Planungs- und Konzeptionsphase weitestgehend ausräumen, um Stillstandzeiten während des produktiven Betriebs und zeitintensive Nacharbeiten zu vermeiden. Doch lange Testphasen mit aufwändig gefertigten Prototypen können die Entwicklung eines Projekts schon im Vorfeld unrentabel machen. Auch die Optimierung von Taktzeiten oder des Entleerungsgrads kann eine laufende Bin-Picking-Anwendung längere Zeit stilllegen. Systemintegratoren wünschen sich daher, Planung, Inbetriebnahme und Wartung einer Robotikanlage wirtschaftlich durchführen zu können.

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Simulierte Inbetriebnahme
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. Die Simulation der Hardwarekomponenten wird mit Hilfe 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 größeren Variationsmöglichkeiten, als es mit einer realen Testanlage möglich wäre. Alle dabei ermittelten Erkenntnisse und Parameter sind bei der folgenden realen Inbetriebnahme direkt weiter verwendbar.

Mit der „virtuellen Kameratechnik“ erweitert Mikado ARC 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 reproduzierbar. 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 vorevaluieren.

Mit Mikado ARC können Anwender den Griff in die Kiste ohne Programmierkenntnisse konfigurieren. © IDS

Parallel arbeitende Software
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 simuliere 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 beziehungsweise eine Optimierung der Taktzeiten oder des Entleerungsgrads der verwendeten Teile-Behälter 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 „virtuellen Kameratechnik“ mit integrierter Physik-Engine lassen sich auch die Behälter mit virtuellen Teilen synthetisieren und in beliebiger Anzahl zufällig „befüllen“. So lassen sich Griff-Variationen oder neue Greifer virtuell ausprobieren. 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 sind. Die zeit- und kostenintensive Fertigung von Prototypen ist damit nur einmal vor der realen Inbetriebnahme am Roboter notwendig. pb

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