antriebstechnik 10/2019

FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG
INDUSTRIEROBOTER MIT OFFENER
STEUERUNGSPLATTFORM
Die Anzahl jährlich weltweit ausgelieferter Industrieroboter
(IR) steigt rasant an. Die Einsatzgebiete
sind seit geraumer Zeit nicht mehr nur auf Handhabungs-,
Montage- und Schweißprozesse beschränkt.
Zunehmend werden IR auch für die zerspanende
Bearbeitung im Bereich leicht zerspanbarer Werkstoffe und
großvolumiger Bauteile eingesetzt. Die Funktionalität heutiger
Robotersteuerungen ist jedoch nach wie vor stark von
den klassischen Einsatzgebieten geprägt. Entsprechend sind
die dort eingesetzten Bahnplanungs- und Antriebsregelungsalgorithmen
nicht für die spezifischen Anforderungen
in der Fertigungstechnik ausgelegt. Aufgrund der geschlossenen
Steuerungsarchitektur sind die Möglichkeiten des
Endanwenders strukturelle Änderungen vorzunehmen
nicht oder nur sehr eingeschränkt vorhanden.
Industrieroboter werden herstellerseitig mit
einem Steuerungssystem ausgestattet und
vertrieben. Für den Endanwender sind die darin
enthaltenen Steuerungsfunktionalitäten
allerdings weitestgehend unzugänglich.
In diesem Artikel wird ein Industrie roboter mit
offener Steuerungsplattform vorgestellt.
Neben der Offenheit bietet die Plattform den
Vorteil der einfachen Erweiterbarkeit des
Funktionsumfangs.
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EIGENS ENTWICKELTE
STEUERUNGSPLATTFORM
Das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen
und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Uni Stuttgart
verfolgt das Ziel, Standard-IR dazu zu befähigen Fräsbearbeitungsvorgänge
hochgenau durchzuführen. Hierzu
sollen vor allem alternative Bahnplanungsalgorithmen sowie
neue Regelungsstrukturen mit sehr gutem Störverhalten
erforscht werden. Proprietäre Steuerungssysteme verfügen
jedoch nicht über eine ausreichende Offenheit, um
diese Ansätze technologisch umzusetzen. Daher hat das
ISW einen IR mit einer eigens hierfür entwickelten Steuerungsplattform
gekoppelt, welche die notwendige Offenund
Erweiterbarkeit verfügt. Nachfolgend wird der Aufbau
der Plattform erklärt. In Bild 02 ist die Steuerungsarchitektur
schematisch dargestellt.
Beim betrachteten Robotersystem handelt es sich um
einen von der Firma Dürr entwickelten Roboter mit Kuka
KR210-Kinematik sowie Bosch Rexroth Umrichter- und
Servomotortechnik nach Bild 01. Der Roboter wurde vom
ISW mit einer PC-basierten Steuerung ausgestattet. Als Betriebssystem
wird auf Windows 10 gesetzt, um möglichst
kompatibel zu Drittanbieter-Software zu sein. Die Steuerungssoftware
muss in harter Echtzeit ausgeführt werden,
was sich mit Windows nicht realisieren lässt. Abhilfe schafft
die Einbettung eines Echtzeitbetriebssystems auf welchem
die Steuerungsfunktionalitäten gerechnet werden können.
Hierzu setzt das ISW auf die von der Firma TenAsys entwickelte
Software Plattform INtime. Für den parallelen Betrieb
werden die zur Verfügung stehenden Hardwareressourcen
unter den Betriebssystemen aufgeteilt. Im vorliegenden Fall
ist ein CPU-Kern für die Echtzeitanwendungen reserviert,
während der andere Kern Windows zur Verfügung stellt. Die
bidirektionale Kommunikation zwischen den Betriebssystemen
erfolgt über einen gemeinsam genutzten Speicherbereich
(Shared Memory). Mithilfe dieser Schnittstelle werden
bspw. Daten zwischen einzelnen Steuerungsfunktionalitäten
und der auf Windows-Seite laufenden Qt-basierten
grafischen Benutzeroberfläche (GUI) ausgetauscht.
Innerhalb des Echtzeitbetriebssystems lassen sich Steuerungs-
und Zusatzfunktionalitäten als Applikationen (Apps)
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