undefined

Buffl

3DSA

von Mohamed D.

Nennen sie 3 Beispiele für Robotikanwendungen in der Automobilindustrie.

große Linien mit komplexen Arbeitszellen
Lackierung mit hohen Anforderungen
Zukunft: individuelle Fertigung, Mensch-Roboter-Kollaboration

Nennen Sie 3 Anwendungsbeispiele für 3D-Robotersimulationen.

einfaches Pick-And-Place
Bahnschweißen
Beschichtung

Anwendungsgebiete der positionsorientierten Roboterprogrammierung?

Pick-And-Place Operationen
Punktschweißen
Bohren

Anwendungsgebiete der linienorientieren Roboterprogrammierung?

Entgraten nach Druckgussverfahren
Bahn- oder Konturschweißen
Kleben

Anwendungsgebiete der oberflächenorientierten Roboterprogrammierung?

Beschichtung
Schleifen

Nenne sie 3 Entwicklungen in der Automobilindustrie, die die Anwendung von Simulationen motivieren.

steigende Komplexität
steigende Flexibilität, verringerte Setup-Zeit
frühzeitiger Beginn der Produktion (SOP)

Nennen Sie 2 Prüfungen, die mit Hilfe der 3D Simulation durchgeführt werden können.

1. Erreichbarkeit

2. Kollision

Nennen Sie 3 Vorteile, die durch die Anwendung von 3D Simulation erreicht werden können.

Layout und Prozessplanung vor der Installation und während des Betriebs
Früherer Beginn der Produktion
Herstellung von neuen und veränderten Produkten

Nennen Sie 4 Aspekte, die in der 3D Simulation simuliert werden können.

Bewegungen
Sensoren
physikalische Effekte
Elektro- und Pneumatiksimulation

Nennen Sie die Schritte vom Produktdesign zur realen Arbeitszelle

Beschreiben Sie Download und Ramp-up?

Download: Transfer der entwickelten und getesteten Programme in die realen Arbeitszellenkomponenten in der Produktionsumgebung

Ramp-up: Manuelle Korrekturen durch Nach-Teachen des realen Roboters Kollisionen überprüfen

Was ist geometrische Modellierung?

Ein EDV-System zur Modellierung der Geometrie eines Teils

Was ist Drahtenmodellierung?

Stellt die Form durch charakteristische Linien und Endpunkte dar.

Vorteil: Erfordert wenig Speicher und geringe Rechenleistung
Nachteil: Mehrdeutigkeiten bei der Anzeige eines Volumenkörpers

Was ist Oberflächenmodellierung (Surface Modelling)?

Zusätzlich zu den charakteristischen Kurven und Endpunkten und ihren Verbindungen sind Oberflächeninformationen enthalten.

Vorteil: ästhetische Bewertung des Modells Erzeugung von NC-Maschinenwerkzeugpfaden auf den Oberflächen
Nachteil: Modell kann immer noch keine Volumenkörper (mit Masse, Gewicht etc.) beschreiben

Was ist Volumenkörpermodellierung?

Modellierung einer Kontur, die ein geschlossenes Volumen umgibt. Zusätzlich zu den Funktionalitäten, die von einem Oberflächenmodellierungssystem unterstützt werden, enthält es Informationen, die angeben, ob eine Position innerhalb, außerhalb oder auf dem geschlossenen Volumen liegt.

Zeichnen Sie die Modellierungsstruktur von Arbeitszellenobjekten. Wie sieht das Objektverhalten und die Steuerungsstruktur aus?

Nennen Sie die benötigten Daten von allen aktiven bzw. passiven Objekten einer Arbeitszelle.

inaktive: CAD, Material, spez. Eigenschaften
aktiv (fest def. Verhalten): zusätzlich Ein- und Ausgänge, Geräteeigenschaften
aktiv (programmiertes Verhalten): … + Programminterpretation

Was ist der Unterschied zw. Aktiv(Roboter) und passiv(Tisch/Würfel)?

Nennen Sie die 4 Simulationsschritte.

1. einzelne Objekte

2. mehrere Objekte

3. komplette Arbeitszelle

4. Fehler/Optimierung

Nennen Sie die 4 Anforderungen an eine 3D-Simulation und die jeweiligen Probleme bzw. Lösung davon.

Genauigkeit —>Problem: abhängig von CAD-Modell und absoluter Robotergenauigkeit —> Lösung: Nach-Teachen/Kalibrierung nötig
Programminterpretation —> Problem: verschiedenes Geräteverhalten und verschiedene Robotersprachen —> Lösung: NPL, SSL oder CAD-basiert
Zykluszeit —> Problem: soll auf Basis einer unbekannten Bahnplanung/Verzögerungen/Ausführungszeiten bestimmt werden
Arbeitszellenoptimierung —> Problem: unvollständige Modellierung durch unbekanntes Komponentenverhalten, unvollständige Simulation

Beschriften Sie die folgende Grafik.

Zeichnen Sie das Umweltmodell nach Rossmann.

Beschreiben Sie die Begriffe Hull, Section und Object kurz.

Beschreiben Sie, wie Sensoren arbeiten und wie eine Bewegungskontrolle über die Robotersteuerung möglich ist.

Physikalische Grundlage
Direkte Nutzung eines Ausgangssignals als Eingangssignal

Zeichnen Sie die Greifberechnung im Umweltmodell nach Rossmann.

Was ist der Vorteil dieser Greifberechnung?

Positionierung findet über Abstandsberechnung PGR zu POBJ statt, Vermeidung von Flächenkraftberechnung

Wofür werden CAD / CAE / CAM verwendet?

CAD: EDV-Systeme für Design von Bauteilen
CAE: Simulation von CAD-Geometrien
CAM: EDV-Systeme für Positionssteuerung/Planung+Verwaltung

Welche 3 Modellierungsarten gibt es und welche Vorteile haben diese jeweils?

Drahtmodellierung —> geringer Speicherbedarf, einfach
Surface Modeling —> Nutzung für NC-Pfade und visuelle Darstellung
Volumenkörpermodellierungssysteme —> Volumenberechnung, Kollisionserkennung

Beschreiben Sie die Modellierung von Objekten mit Hilfe von Primitiven und was das CSG-Modell darstellt.

Primitive: mathematische Grundkörper Erzeugung von Bauteilen durch boolesche Operationen (Vereinigung, Schnittmenge, Differenz)

CSG: speichert Verlauf der Anwendung bollescher Operationen

Vorteile:

einfach
immer gültige Volumenkörper

Nachteile:

eingeschränkt
aufwändige Berechnung von physikalischen Größen

Was sind geometrische Primitive? Welche Formen gibt es?

Was sind Boolesche Operationen?

Was ist Constructive Solid Geometry (CSG)?

Vorteil: Die Volumenkörper, die in einem CSG gespeichert sind, sind immer gültige Volumenkörper

Nachteil: Eingeschränkte Modellierungsfähigkeiten. Nur Primitive und ihre Booleschen Operationen

Was sind Sweeping bzw. Feature-basierte Modellierung?

Verwendung von 2D-Drahtmodellen, um einen 3D-Volumenkörper zu erzeugen
benutzerdefinierte technische Funktionen, idR geometrische Abbildung von Werkzeugen

Welche Roboterkoordinatensysteme gibt es? Was ist eine Pose?

Was ist Feature-basierte Modellierung?

Was sind Sweep Operationen? 4 Arten?

Welche Geometrischen Transformationen gibt es?

Was beschreiben die Denavit-Hartenberg-Parameter und wofür werden sie verwendet?

Vor- und Rückwärtstransformation
Überführung benachbarter Gelenke durch zwei Translationen und Rotationen

Unterschied Vorwärtstransformation und Rückwärtstransformation?

Was ist Interpolation?

Bestimmung der Zwischenpunkte zwischen Start- und Endpunkt

Unterscheidung: Kartesische Interpolation(Gerade Fahrt) und Achsweise Interpolation

Welche Interpolationsarten gibt es?

Welche Arten der Roboterprogrammierung gibt es? (Modell)

Welche Auswirkung hat der Interpolationszyklus auf den Interpolationspfad?

Je kleiner der Interpolationszyklus, desto genauer wird der Pfad abgefahren

Nennen Sie jeweils einen Vor- und Nachteil von Online- bzw. Offlineroboterprogrammierung.

Online:

Vorteil: keine Kenntnisse von Programmiersprache

Nachteil: Stillstand der Produktion

Offline:

Vorteil: Kein Stillstand/ Hinderung der Produktion

Nachteil: Kenntnisse Programmiersprache

Vergleich Teach-In / Playback?

Vergleich Textuelle / CAD Programmierung? F130

Welche 3 Offline-Programmierarten gibt es?

1. Textuell

2. CAD-Basiert

3. Aufgabenorientiert

Nennen Sie 3 Befehlsarten in der Roboterprogrammiersprache?

1. Programmablaufanweisungen

2. Bewegungsanweisung

3. Mathematik

Wie werden Daten- und Positionslisten in ihrer Anwendung unterschieden?

Intern: im Programm eingebettet (ABB) —> eine Datei

Extern: separate Bewegungs- und Positionsdateien (KUKA) —> einf. Positionsänderung, Konvertierung

Beschreiben Sie Simulationssystemsprachen?

Sprache zur Programmierung des Verhaltens der simulierten Objekte

Was ist die so genannte „Simulationssystemsprache“ nicht?

NICHT die Sprache, in der das Simulationssystem implementiert ist

Auf welche 3 Arten können Freiheitsgrade angesteuert werden und wird dies in den jeweiligen Fällen umgesetzt?

Manuell
kontinuierlich
programmiert

Was ist die Common High Level Programming Language (CHLPL)?

eine herstellerunabhängige Sprache für Simulation und Robotersteuerung Problem: Nichtexistent, mehrere Versuche sind gescheitert

Was ist der Common Intermediate Code (CIC)?

Führt herstellerabhängige Robotersprachen in einem Simulationsprogramm-Code zusammen Problem: Nichtexistent, s.o.

Was ist die Simulationssystemsprache (SSL)?

Simulationssystem, die Post-Processed für Robotersteuerungen genutzt werden kann
Problem: Befehlsumfang zwischen Vereinigungsmenge und Schnittmenge der Robotersprachen

Wie sieht die Abbildung der Simulationssystemsprache aus und deren Merkmale/Probleme?

Was macht das Hierarchische Steuerungssystem aus?

Integriertes System, realitätsnahe Simulation Probleme: Sehr spezifisch, Simulation von Mehrsystemen, nur Simulation oder Roboterbetrieb

Was macht das Native Language Programming (NLP) aus und welche Voraussetzung ist dafür nötig?

Konzept, mehrere Robotersteuer über einen Compiler (SIC) in ein Simulationssystem integr.
Pflege des Compilers, hoher Befehlsumfang
Kenntnis der Robotersprachen

Wie sieht die Abbildung von Native Language Programming (NLP) aus? Merkmale/Probleme?

Was macht die CAD-basierte Roboterprogrammierung aus?

Aus einem CAD-Modell: automatische Bahngenerierung im Simulationssystem

Was macht die CAD-basierte Pfaderzeugung aus?

automatisch generiert, resultierender Pfad in Abschnitte (linear, kreisförmig)
In- /Out-Punkte werden manuell hinzugefügt

Welche Arten von CAD-basierter Roboterprogrammierung gibt es und wofür werden diese eingesetzt?

positionsorientiert (z.B. Bohren, Punktschweißen)
Linienorientiert (z.B. Entgraten, Kleben, Bahnschweißen)
Oberflächenorientiert (Beschichten, Schleifen)

Welche 3 Simulationskonzepte gibt es und wofür werden diese verwendet?

Zeitkontinuierlich: Dynamik, Mehrkörpersimulation —> Roboterbahnplanung
Zeitdiskret: Abgetastetes, zeitkonst. System —> Bewegungssimulationen
Ergebnisdiskret: Ereignisse sind Abtastzeitpunkte —> Fabriksimulation

Welche Simulationskonzepte/Hauptgruppen der Simulation für Roboter- und Arbeitszellensimulation gibt es?

Zeitbasierte Simulation

Zeitkontinuierliche Simulation
Zeitdiskrete Simulation

Diskrete Ereignisorientierte Simulation

Skizzieren und beschreiben die Simulationssystemstruktur?

Was sind die wichtigsten Operationen mit Zeitbindung bei der Robotorsteuerung?

1. Bewegung

2. Wartezeit

Was sind (grob) die Aufgaben der Executive für jeden neuen Zeitschritt?

Welche 5 Aufgaben können für jeden Zeitpunkt eines Interpolationstakts berechnet werden und wovon hängt ihre Berechnungszeit ab?

1. Steuerung

2. Positionsaktualisierung

3. I/O-Verbindungen

4. Funktionale Komponenten

5. Grafische Darstellung

Was ist die Simulationszeit und die simulierte Zeit?

Simulationszeit: Zeit, die benötigt wird, um die Simulation zu berechnen

Simulierte Zeit: Zeitintervall, das in der Simulation betrachtet wird

Nennen Sie die Formel für das Verhältnis zwischen der Simulationszeit und der simulierten Zeit. Wie kann diese beeinflusst werden?

r = simulierte Zeit / Simulationszeit

simulierte Zeit erhöhen —> weniger oft simulieren

Simulationszeit verringern —> weniger Aufgaben pro Takt

Was sind ereignisbasierte Updates? Welchen Fehler können sie abfangen?

Hinzufügen von Triggern durch Ereignisse (Events lösen Aktualisierung der I/O-Anbindung aus)

Angewendet z.B. bei Berechnung der I/O-Anbindung nicht bei jedem Takt —> mögliche Fehler bspw. Bei Greifvorgängen werden reduziert

Wie hängen die Simulation und die Steuerungen in Bezug auf Arbeitszellen und Roboter zusammen?

Die Qualität der Simulation hängt in hohem Maße von der Qualität der Steuerungssimulation ab Steuerungssimulation sehr komplex, da Arbeitszellen viele verschiedene Steuerungen enthalten

Welche drei Steuerungstypen gibt es für die Simulation und beschreiben Sie diese!

1. Simulierte Steuerung Softwaremodul, das Steuerung nachbildet (durch Simulationshersteller implementiert)

2.Virtuelle Steuerung Module, die Original-Steuerungssoftware nachbilden (durch Steuerungshersteller implementiert)

3.Reale Steuerung —> HIL, reale Steuerung wird über Schnittstelle an Simulationssystem angebunden

Was ist der Fly-By-Point und welche Bedeutung hat er bei der Bahnplanung?

Bereich, in dem die Zielposition als angefahren gilt (—> verwandt mit Überschleifen)

Warum ist die Realistic Simulation (RRS) notwendig und was sind die zwei übergeordneten Ziele?

Notwendig, da Simulationen (80er, 90er) stark von Realsystemen abweichen

Ziele:

1. Fehlerbegrenzung (Achswinkel 0,001rad, Taktzeit 30% —> 3%)

2. Eine funktionale Schnittstelle

Skizzieren Sie die wichtigsten Services beim RRS-I

Skizzieren Sie die Ablaufsequenz bei RRS-I:

Was für Anforderungen hat eine RRS-I an eine Zielposition?

Kartesische Zielposition
Konfigurationsbeschreibung
Vollständiger Achswinkelsatz für Zielpunkt

Was wird für jeden Schritt bei einer RRS-I angegeben?

Status
Kartesische Position
Vollständiger Achswinkelsatz
Konfiguration
benötigte Zeit
Achsgrenzen

Was wird mit RRS-I ermittelt?

Position des Endeffektors
Geschwindigkeit des Endeffektors
Minimale Bewegungszeit

Was ist der Unterschied zwischen RRS-I und RRS-II?

RRS-I: kein Test bei Überführung Simulationssystem zu Shopfloor

Welche Themen verarbeitet der virtuelle Roboter Controller in RRS-II?

1. User Interface

2. File System

3. Input Output

4. Base Commands

5. Simulation Support

6. Time Management

Welche drei Funktionalitätskategorien hat RSS-II und was wird in Ihnen angegeben?

Basisbefehle
Prozess-I/O
Dateisystem

Was ist die „Digitale Fabrik“ und wie sieht ihr Einsatz in einem Unternehmen aus (Skizze)?

Welche Zeiten sollen durch die digitale Fabrik verkürzt werden?

1. Time to market

2. Time to volume

3. Time to customer

Nennen Sie die fünf Austauschformate von CAD-Daten!

STL, DXF, IGES, STEP, VDA-FS

Wie werden die gespeicherten Daten im Format: Internal Graphics Exchange Specification (IGES) unterteilt?

geometische Primitive
nichtgeometrische Daten

In welche beiden Teile ist der STEP-Standard aufgeteilt?

Infrastructure
Information Models

Was ist das übergeordnete Ziel von STEP in Bezug auf die Produkte?

Abdeckung des gesamten Lebenszyklus von der Konzeption bis zur Entsorgung

Welche beiden Probleme im Entwurfsprozess versucht AutomationML zu beheben?

Redundanzen von Planungsschritten
Wenig standardisierte Schnittstellen

Ergänzen Sie:

AutomationML ermöglicht den ___________ ___________ entlang unterschiedlicher ____________ _____________

AutomationML ermöglicht den ___________Datenaustausch ___________ entlang unterschiedlicher ____________ Werkzeugketten _____________

Welche zwei logischen Schritte müssen bei einem Datenaustauschprozess von Importer und Exporter zwingend unterstützt werden? Erläutern Sie!

Erkennen der Datenstruktur (Syntax) und Erkennen der Bedeutung (Semantik)

Was ermöglicht AutomationML in Bezug auf Entwurfsdaten von Produktionssystemen?

Herstellerunabhängiger Austausch von Entwurfsdaten

Zielstellung von AutomationML?

• ist ein XML basiertes Datenformat

• Es ist international standardisiert und ist kostenfrei verfügbar

• Ermöglicht ein konsistenten

• Datenaustausch entlang unterschiedlicher Werkzeugketten

• ermöglicht die Integration der Werkzeugwelt in der Digitalen Fabrik der Zukunft

Was ist AutomationML und was nicht?

• ein Datenformat, das einen herstellerunabhängigen Austausch von Entwurfsdaten von Pr oduktionssystemen ermöglicht

• ein Speicherformat für Informationen

• ist nicht eine Toolfunktionalität oder Projektmanagementdatenbank!!!!

In welchen Phasen wird AutomationML genutzt? Markieren Sie die richtigen Phasen (kein Rotstift!)

Welche Dateninhalte deckt AutomationML ab?

1. Anlagenstruktur

2. Anlagenbausteine

3. Geometrie und Kinematik

4. Netzwerke

5. Verhalten

Auf welchen 3 Formaten basiert AutomationML?

COLLADA (Geometrie und Kinematik)
PLCopen XML (Verhalten)
CAEX (Struktur/Relation der Anlagenobjekte)

Definieren Sie herstellerunabhängige Offline-Programmiersysteme?

Unterstützung mehrerer Roboterprogrammiersprachen

Nennen Sie 4 (von max. 7) herstellerunabhängige Simulations- und Offline-Programmiersysteme.

DELMIA
Siemens PLM
Tecnomatix/RobCAD
Robotworks
EASY-ROB
FAMOS
CIROS

Nennen Sie beispielhafte PLM-Systeme und ihre Komponenten.

Werkzeuge in CATIA V5:

Produktentwicklung, Prozessplanung, Fertigungskonzept, Zeitwirtschaft, Arbeitsplatzgestaltung, Robotersimulation, Fertigungssimulation, Materialflusssimulation, Produktionsplanung, 3D Arbeitsanweisungen

Siemens Teamcenter:

Prozessdefinition, Konzeptvalidierung, Zeitmanagement, Linienaustaktung, Layoutplanung, Logistikplanung, Materialflussanalyse, Arbeitsplatzgestaltung, Kooperation, Montageanalyse, Toleranzanalyse

Nennen Sie die beiden in der Vorlesung vorgestellten herstellerabhängigen Simulations- und Offline- Programmiersysteme:

Robotstudio (ABB)
KUKA-SIM

Was ist PTD?

Plain Time Discrete: Steuerungstakt der zeitdiskreten Simulation

Welche Arten von Ereignissen gibt es, die für die PEB-Simulation verwendet werden können?

„Bewegung beendet“
„I/O-Aktion“
„Programm beendet“

Was ist RAPID für ein Programm und wie ist es strukturiert?

Prozedurales Programm zur Steuerung von ABB Robotern
Struktur: Module, globale Deklaration, Prozeduren

Aus welchen Parametern besteht eine Zielposition (target)?

trans (x,y,z)
rot (quaternionen)
robconf (Achsenkonfiguration)
extax (Positionen der externen Achsen)

Welche möglichen Bewegungsinstruktionen gibt es?

MoveJ (Achsbewegung)
MoveL (Linearbewegung)
MoveC (Zirkularbewegung)

Beschriften Sie!

Wie ändert sich die Struktur für eine MoveC-Anweisung?

Zwei Zielposen statt nur einer

Was sind Signale und wie werden sie unterschieden?

Nachricht beschrieben durch physikalische Größe
Ein-/Ausgänge, Lesen/Setzen, diskret/kontinuierlich, analog/digital

Schreiben Sie in RAPID! Wenn „Detector“ gleich Eins ist, dann setze Ausgang CloseGripper auf Eins und warte für eine Sekunde.

Beschreiben Sie jeweils kurz:

Object Frame:

Targets:

Path:

Line Sensor:

Attacher:

Detacher:

Logic Gate:

Object Frame: Bezugskoordinatensystem

Targets: Punkte, die angesteuert werden sollen

Path: Pfad mit Punkten, die nacheinander abgefahren werden sollen

Line Sensor: Sensor, dessen Maße definiert werden. Kollidiert ein Objekt mit dem bemaßten Zylinder, ist der Sensor „High“

Attacher: Verbindet (bei Linesensor “high” das gefundene Objekt mit Elternobjekt)

Detacher: trennt die beiden Objekte wieder

Logic Gate: kann z.B. Signale negieren

Wie funktioniert eine Kollisionsprüfung in RAPID, was ist dafür nötig?

Beschriften Sie folgende Abbildungen.

Wie lautet die Greiferberechnung nach Rossmann?

Was ist der Unterschied zwischen Wiederholgenauigkeit und Absolutgenauigkeit?

Wiederholgenauigkeit: Durchschnittliche Abweichung zwischen den Istposen bei wiederholtem Anfahren einer Sollpose
Absolutgenauigkeit: Abweichung zwischen der Sollpose und dem Mittelwert der Istposen bezogen auf das Basiskoordinatensystem (absolut)

Nennen Sie zwei Anforderungen an die Programminterpretation.

Geräte-Verhalten: Vielzahl von Mechanismen in der Simulation zu beachten (Greifer, Bänder, Klemmen, Sensoren, ...)
Roboter-Programminterpretation: Jede Roboterfamilie verfügt über eine eigene Programmiersprache, Interpretationsfehler bei der Simulation oder durch die Post Prozessoren

Nennen Sie zwei Vor- und Nachteile von CSG.

Vorteile: Einfache und kompakte Daten, Management ist einfach, immer gültige Volumenkörper

Nachteile: Nur Primitive und ihre Booleschen Operationen (keine Sweeps oder Lofts), Aufwändige Berechnung von Daten (Flächen, Kanten, Ecken) und deren Topologie

Mit welcher Konvention werden in der Robotik kinematische Freiheitsgrade beschrieben?