Digitaler Zwilling eines Industrieroboters

Warum die Geometrie von Hand erfasst wird

Die Entscheidung, die das ganze Projekt trägt, lautet: Modelliert wird die kinematische Kette, ganz gleich, um welchen Arm es geht. Die Oberfläche fragt zwei Dinge, bevor sie überhaupt etwas zeichnet: wie viele Achsen der Arm hat, zwei bis sechs, und wie lang jedes Glied in Zentimetern ist. Mit diesen zwei Antworten baut die Software die Kette und löst die Gleichungen, und dort steckt die schwierige Arbeit: die direkte Kinematik sagt, wo die Spitze landet, wenn man die Achsen dreht, und die inverse sagt, wie weit sich jede Achse drehen muss, damit die Spitze an einem selbst gewählten Punkt ankommt. Die zweite hat nicht nur eine Antwort, und sie ist die, die unter Beachtung der Drehgrenze jeder Achse zu lösen ist.

Dass wir diese Gleichungen selbst schreiben, statt sie aus der Software des Herstellers zu übernehmen, führt dazu, dass die Anpassung des Zwillings an einen anderen Arm bedeutet, Zahlen neu zu erfassen, ohne neu zu programmieren. In der Aufnahme des gelieferten Produkts trägt derselbe Code zwei Arme, die sich nicht gleichen: den UR5 von Universal Robots, einen schlanken Cobot mit runden Gelenken, und den GP8 von Yaskawa, einen kompakten Industrieroboter mit anderen Proportionen und anderer Reichweite.

Der Bereich von zwei bis sechs Achsen ist auch keine runde Zahl, die zufällig gewählt wurde. Der Kunde hatte einen Yaskawa mit sechs Achsen in seinem Labor und bat schriftlich darum, dort anzufangen statt beim einfachen Fall, mit dem Argument, dass der Weg von sechs Achsen auf zwei einfacher ist als der von zwei auf sechs. Zuerst den schwierigen Fall zu lösen, hat den restlichen Bereich gleich mitgelöst.

Die zwei Arten, die Bewegung zu definieren

Der Zwilling wird mit der Hand geführt, ohne Joystick oder Koordinatenkonsole. Der erste Modus bewegt den Endeffektor: Es erscheint ein Kegel, der das Ziel markiert, man greift ihn, setzt ihn dorthin, wo die Spitze ankommen soll, und der Arm löst die Stellung, um ihn zu erreichen. Der zweite Modus verkettet Punkte, um eine ganze Bahn zu definieren.

Im Maßstab 1:1 auf den Boden gestellt, auf dem die Zelle stehen würde, beantwortet das in Sekunden die Frage, die normalerweise einen Besuch kostet: ob der Arm hinreicht, ob der Platz genügt und wo er entlangfährt. Die Aufnahme zeigt den Arm mit dem Spatial Mesh des Raums und mit der Klebebandmarkierung am Boden, an der die Basis verankert wird.

Die Verbindung zum Roboter: was nachgewiesen ist und was nicht

Das ist der Teil, den man genau erzählen sollte, denn ein Automatisierungsingenieur fragt zuerst danach. Die Architektur war darauf ausgelegt, den Kreis zu schließen: Der Zwilling erzeugt die Bahn, exportiert sie als Winkel je Achse, und der physische Roboter führt sie aus. Die Brücke lief von Unity zum Yaskawa-Simulator und zu Gazebo, über ROS, und die Schicht zur Steuerung wurde über OPC UA spezifiziert, mit der Norm DIN EN IEC 62541-5 und dem Profil OPC UA for Robotics des VDMA.

Die Inbetriebnahme an der physischen Zelle fand nicht statt. Als diese Etappe noch fehlte, wurde der Kunde im September 2024 insolvent, und das Projekt endete dort. Wir sagen es, weil eine Referenz, die einen Abschluss andeutet, der nicht stattgefunden hat, der ersten technischen Frage nicht standhält: Nachgewiesen sind der Konfigurator, die Kinematik und die Brücke gegen den Simulator, und das ist der Teil, der aufwendig zu bauen ist. Die fehlende Etappe war die Inbetriebnahme in der Halle.

Häufige Fragen