VDI 2861 Blatt 2-1988 Assembling and handling characteristics of industrial robots application-related characteristics.pdf

1、DK 621.757:62-18:62-19 (083.132) VDI-RICHTLINIEN Mai 1988VEREINDEUTSCHERINGENIEUREMontage- und HandhabungstechnikKenngren fr IndustrieroboterEinsatzspezifische KenngrenVDI 2861Blatt 2Assembling and handlingCharacteristics of industrial robotsApplication -related characteristicsVDIInhaltlich berprftu

2、nd unverndertweiterhin gltigSeptember2001Inhalt SeiteVorbemerkung 11 Geltungsbereich 22 Geometrische Kenngren 22.1 Kennzeichnung der mechanischen Systemgrenzen 22.2 Kennzeichnung der Raumaufteilung 32.3 Arbeitsbereich 53 Belastungskenngren . 53.1 Nennlast 63.2 Maximale Nutzlast 63.3 Maximallast 63.4

3、 Nennmoment 73.5 Nenn-Massentrgheitsmoment 74 Kinematische Kenngren 74.1 Geschwindigkeitskenngren 74.2 Beschleunigungskenngren 84.3 berschwingweite 84.4 Ausschwingzeit 84.5 Verfahrzeit 84.6 Zykluszeit 85 Genauigkeitskenngren 85.1 Wiederholgenauigkeit (Position und Orientierung) 85.2 Wiederholgenauig

4、keit (Bahn) 105.3 Allgemeine Genauigkeitskenngren 14VorbemerkungIn der Richtlinienreihe VDI 2861 werden technischeBegriffe und Kenngren fr Industrieroboter definiert und Verfahren zu ihrer Prfung vorgeschlagen.Herstellern und Anwendern soll damit die Mglichkeit zu einer eindeutigen Angabe von Kenngr

5、en und somit zu einem zahlenmigen Vergleichgegeben werden.Die Richtlinienreihe VDI 2861 besteht aus den folgenden drei Blttern :Blatt 1 AchsbezeichnungenBlatt 2 Einsatzspezifische KenngrenBlatt 3 Prfung der KenngrenGegenstand von Blatt 2 ist die Definition von Kenngren unter bestimmten Randbedingung

6、en, die dieBeurteilung der Einsetzbarkeit von Industrierobotern fr unterschiedHche Anwendungsflle sowie diedabei erzielbare Genauigkeit ermitteln helfen. Frdie Prfung dieser Kenngren werden in Blatt 3 derRichtlinienreihe geeignete Verfahren und Vorschlgefr Meaufbauten angeseben.VDI-Gesellschaft Prod

7、uktionstechnik (ADB)Ausschu Montage- und HandhabungstechnikVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 3Preisgr. WB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11 2 VDI 2861 Bltt 2 Alle Rechte vorbehalten VDl-Verlag GmbH

8、, Dsseldorf 1 9881 GeltungsbereichDie Richtlinie VDI 2861 Blatt 2 gilt fr Industrieroboter nach der in RichtHnie VDI 2860 Blatt 1Handhabungsfunktionen, Handhab ungseiniich-tungen; Begriffe, Definitionen, Symbole gegebenenFestlegung. Die RichtHnie kann jedoch fr verwandte Gerte wie z.B. Einlegegerte,

9、 Manipulatoren und Teleoperatoren soweitzutreffend sinngem angewendet werden.2 Geometrische Kenngren2.1 Kennzeichnung der mechanischenSystemgrenzenMechanische Systemgrenzen werden zum einen innerhalb des Industrieroboters selbst, zum anderenan den Berhrungsstellen mit der Peripherie gebildet,Bild 1.

10、Innerhalb des Industrieroboters ergeben sich Systemgrenzen durch die Aufteilung der kinematischenKette in Haupt- und Nebenachsen und Werkzeuge. Unter Werkzeugen sind z.B. Greifer zum Halten von Handhabungsobjekten, Punktschweizangen, Schweibrenner, Farbspritzpistolen, Schleifapparate einschhelich mi

11、tgefhrter Leitungen undVersorgungsaggregate zu verstehen.Systemgrenzen der Peripherie gegenber dem Industrieroboter sind einmal der Aufstellungsort des Gertes (Fundament, Podest, Wand, Decke), zum anderen das in die Peripherie integrierte Wirkobjekt alsZiel des Handhabungsvorganges. Wirkobjekte sind

12、z.B. zu beschickende Maschinen und Magazine, zuschweiende Teile, zu lackierende Gegenstnde inortsfesten oder bewegten Vorrichtungen.Sind die Systeme an den Systemgrenzen mechanischtrennbar (z.B. durch Flanschverbindungen oderFhrungsflchen an Gelenken), so lassen sichSchnittstellen definieren. Die Sc

13、hnittstellen ein-schliehch der Bezugspunkte sind durch bemateSkizzen darzustellen.Pfeile kennzeichnen Begriffe, die in der RichtlinienreiheVDI 2861 definiert sind.- Industrieroboter-AufstellungsortWerkzeug mitWerkzeugarbeitspunk t(Tool Center Point TCP)-Peripherie-HauptachsenSchnittstellen -j Neben-

14、 WirkobjektBezugs-Koordina tensys temBild 1. Mechanische Schnittstellen eines Handhabungssystems mit einem Industrieroboter und angrenzender Peripherie in realer undsymbolischer DarstellungB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandards

15、Collection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1 988 VDI 2861 Blatt 2 -3-2.1.1 Schnittstelle Basis- PeripherieDie mechanische Schnittstelle zwischen Basis undPeripherie ist die Flanschflche des IndustrieroboterSockels in Verbindung mit dem Aufstellungsort. DerMittelpunk

16、t der Flanschflche ist zugleich Ursprungdes Bezugskoordinatensystems fr den Industrieroboter. Bei vorhandener -C-Achse gilt der Schnittpunkt der C-Achse mit der Sockelflanschflche alsBezugspunkt.2.1.2 Schnittstelle Hauptachsen NebenachsenDie mechanische Schnittstelle zwischen den Haupt- und den -Neb

17、enachsen eines Industrieroboters wird durch den Flansch oder das Gelenk gebildet, der bzw. das eine mechanische Trennung beiderSysteme einschlielich der Antriebe ermglicht.Als Bezugspunkt fr die Angabe des Hauptarbeitsraumes gilt die symmetrische Mitte des trennenden Flansches bzw. der Mittelpunkt d

18、es Gelenkes,von dem aus eine freie Orientierbarkeit des Werkzeugs ermglicht wird. Dieser Punkt kann auerhalbder Flanschflche liegen und ist zugleich Mittelpunktdes Nebenarbeitsraumes und des Werkzeugarbeitsraumes, siehe Bild 4 b und 4 c.2.1.3 Schnittstelle Nebenachsen WerkzeugDie mechanische Schnitt

19、stelle zwischen den Nebenachsen eines Industrieroboters und dem Werkzeug wird durch die Werkzeugaufnahme gebildet.Bei Werkzeugen mit in den Industrieroboter integriertem Grundkrper und austauschbaren Werkzeugteilen (z.B. austauschbaren Greiferzangen) istdie Schnittstelle durch die Aufnahme(n) fr die

20、 Austauschteile gegeben.Als Bezugspunkt fr die Angabe des - Arbeitsraumes und des Nebenarbeitsraumes gilt die symmetrische Mitte des Werkzeugaufnahmeflansches bzw.der Aufnahmeflansche fr die Austauschteile.2.1.4 Schnittstelle Werkzeug Wirkobjekt(Werkzeugarbeitspunkt)Die mechanische Schnittstelle zwi

21、schen Werkzeugund Wirkobjekt wird durch den Ort der Einflunahme des vom Industrieroboter gefhrten Werkzeugs auf das Wirkobjekt gebildet. Dieser Wirkortals Bezugspunkt der Schnittstelle ist der Werkzeugarbeitspunkt (Tool Center Point TCP). Er ist hinsichtlich Position und Orientierung des Werkzeugs i

22、n bezug auf den Industrieroboter (z.B. Mitte des Werkzeugaufnahmeflansches) programmierbar.Je nach Werkzeug und Anwendungsfall liegt derWerkzeugarbeitspunkt innerhalb des Werkzeugs(z.B. Punktschweizange in Bild 4c) oder auerhalb(z.B. Lichtbogenfupunkt oder Flammenspitze einesSchweibrenners, Schwerpu

23、nkt der Lackauftragflche einer Farbspritzpistole).2.2 Kennzeichnung der Raumaufteilung2.2.1 Bewegungsraum (Gefahrenbereich)Der Bewegungsraum einer Handhabungseinrichtungsetzt sich aus dem festen Bewegungsraum und einem vom Einsatzfall abhngigen -variablen Bewegungsraum zusammen, Bild 2 und 3. Er ist

24、 im sicherheitstechnischen Sinn identisch mit dem Gefahrenbereich (siehe Richtlinie VDI 2853).Bewegungsraum (Gefahrenbereich)fester Bewegungsraum variablerBewegungsraumnicht nutzbarerRaum ArbeitsraumHa up tarbei tsraum N Begriffe und Merkmale“.4.2 Beschleunigungskenngren4.2.1 BeschleunigungDie Besch

25、leunigung eines entlang einer Achse gefahrenen Bauelementes gibt an, welche Geschwindigkeitsnderung je Zeiteinheit konstant auf das Element wirkt (Geschwindigkeitsanstieg, Rampenfunktion). Ob es sich um eine Translations- oder Rotationsbeschleunigung handelt, geht aus der Dimension (m/sbzw. rad/s) h

26、ervor.4.2.2 Resultierende BeschleunigungAls resultierende Beschleunigung wird die aus denBeschleunigungskomponenten aller an der Bewegung beteihgten -Achsen vektoriell zusammengesetzte Beschleunigung beim Positionieren und Orientieren der -Nennlast bezeichnet. Auch Radialbe-schleunigungskomponenten

27、sind hierin zu bercksichtigen.4.3 berschwingweiteAls berschwingweite wird der Weg oder Winkelangegeben, mit dem der Bezugspunkt bzw. ein zugeordneter Orientierungsvektor beim Anfahren einerPosition oder Orientierung berschwingt, Bild 8.4.4 AusschwingzeitDie Ausschwingzeit ist die Zeit vom ersten Err

28、eicheneiner vorgegebenen Position oder Orientierung imBereich der mittleren Positionsstreubreite bzw. -mittleren Orientierungsstreubreite bis zum Abklingen der Schwingungen innerhalb dieses Bereiches, Bild 8.4.5 VerfahrzeitDie Verfahrzeit gibt die in einer - Achse oder Bewegungsrichtung im Bezugskoo

29、rdinatensystem fr einen vorgegebenen Verfahrweg oder Verfahrwinkelgemessene Zeit an. Sie zhlt vom Startzeitpunkt biszum Erreichen der vorgegebenen Position oderOrientierung innerhalb der -mittleren Positionsbzw. Orientierungsstreubreite unter Mitbercksichtigung der -Ausschwingzeit.4.6 ZykluszeitDie

30、Zykluszeit eines maschinellen Handhabungsvorganges mit einem Industrieroboter setzt sich aus be-und verarbeitungsbedingten und handhabungsbe-I prozebedingte | Warte- und iI Verweilzeiten |I I1 handhabungsbezogen prozebezogenBild 9. bersicht ber die Zusammensetzung der Zykluszeit innerhalb der Taktze

31、itdingten Positionier- und Orientierzeiten sowie aushandhabungsbedingten V erweilzeiten zusammen,Bild9.Be- und verarbeitungsbedingte Positionier- undOrientierzeiten treten bei der Bewegung einer odermehrerer Achsen des Industrieroboters zur Werkzeughandhabung (Schweien, Lackieren) auf, handhabungsbe

32、dingte Positionier- und Orientierzeiten beientsprechenden Achsbewegungen zur Werkstckhandhabung. Handhabungsbedingte Verweilzeitensind z.B. Greiferbettigungszeiten.Die Zykluszeit des Industrieroboters kann mit derTaktzeit des bergeordneten Prozesses bereinstimmen. Die Zykluszeit ist durch geeignete

33、Dimensionierung des Industrieroboters so klein auszulegen, daprozebedingte Warte- und Verweilzeiten innerhalbder Taktzeit Bercksichtigung finden.5 GenauigkeitskenngrenUnter der Genauigkeit eines Industrieroboters ist imwesentlichen die Wiederholgenauigkeit beim Positionieren und/oder Orientieren (Ab

34、schnitt 5.1) bzw.beim Nachfahren einer Bahn zu verstehen (Abschnitt 5.2). Weiterhin sind in Abschnitt 5.3 allgemeine Kenngren definiert, die in Verbindung mitder Programmierung, Aufstellung und Inbetriebnahme von Industrierobotern stehen. Bei der Angabeder Genauigkeitskenngren (auer beim Temperaturf

35、ehler) wird ein automatischer Betrieb des Industrieroboters in ununterbrochenem betriebsbereitemZustand vorausgesetzt. Zu ihrer Ermittlung werdenalle Achsen des Industrieroboters unter -Nennlast bewegt. Alle Kenngrenangaben mssen im gesamten Arbeitsraum gewhrleistet sein.5.1 Wiederholgenauigkeit(Pos

36、ition und Orientierung)Charakteristische Gren zur Angabe der Wiederholgenauigkeit beim Positionieren und Orientierensind die -mittlere Positionsstreubreite bzw. diemittlere Orientierungsstreubreite und die -mittle-Zykluszeitdes Industrierobotersbe- und verarbeitungsbedingtePositionier- undOrientierz

37、eitenhandhabungsbedingtePositionier- undOrientierzeitenhandhabungsbedingteVerweilzeitenL.Taktzeitdes bergeordneten ProzessesB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag Gnnb

38、H, Dsseldorf 1988 VDI 2861 Blatt 2 -9-re Umkehrspanne. Diese Kenngren sind unabhngig von der Konfiguration der -Achsen des Industrieroboters in den drei Richtungen des zugrundegelegten Bezugskoordinatensystems anzugeben. Sofernnicht anders angegeben, beziehen sich die Genauigkeitskenngren auf den Sc

39、hwerpunkt der -Nennlast, Bild 10 a, beispielsweise bei Industrieroboternmit einem Greifer. Als Randbedingung ist hier derNennabstand max entsprechend Bild 6 einzuhalten.Bild 10. Geometrische Bedingungen bei der Angabe derWiederholgenauigkeit von Position und Orientierung (Beispiel:Industrieroboter i

40、n Zylinderkoordinatenbauweise)a) allgemeinb) bei einem Industrieroboter mit definiertem Werkzeugarbeitspunkt/?c Bahnradius C-AchseDmax Nennabstande?0,5 /?NDmax siehe Bild 6Enthlt die letzte Nebenachse ein koaxiales Drehgelenk, so ist dieses ber eine Exzentrizitt 0,5zu belasten.Bei Industrierobotern

41、mit integrierten Werkzeugen,fr die ein Werkzeugarbeitspunkt (Tool CenterPoint TCP) definiert ist, z.B. bei Schwei- oder Lak-kierrobotern, beziehen sich die Genauigkeitskenngren auf den Werkzeugarbeitspunkt, der im Abstand iTCP vom Mittelpunkt der -Schnittstelle NebenachsenWerkzeug angeordnet ist, Bi

42、ld 10b.Wenn nicht anders angegeben, gilti?TCPEnthlt die letzte Nebenachse ein koaxiales Drehgelenk, so ist wie im Fall a) eine Exzentrizitt ; 0,5anzuwenden.Sofern das Bezugskoordinatensystem nicht (z.B.durch die Steuerung) anders festgelegt ist, sind dieKenngren in folgenden Merichtungen anzugeben,

43、und zwar fr die Bauformen im kartesischenKoordinatensystemhorizontal (X), horizontal (7), vertikal (Z),im Zylinderkoordinatensystemhorizontal-radial (R), horizontal am Umfang(C), vertikal (Z),im Kugelkoordinatensystemhorizontal-radial (R), horizontal am Umfang(C), vertikal am Umfang (B) oder vertika

44、l (Z).Wird fr eine Kenngre nur ein summarischer Wertangegeben, so hegen die Mittelwerte fr alle Merichtungen innerhalb dieser Angabe.Die Definitionen der -mittleren Positions- bzw.Orientierungsstreubreite und der mittleren Umkehrspanne erfolgen in Anlehnung an RichtlinieVDI/DGQ 3441 Statistische Prf

45、ung der Arbeitsund Positionsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen;Grundlagen“.5.1.1 Mittlere PositionsstreubreiteDie Positionsstreubreite P beschreibt fr einen Mepunkt im - Arbeitsraum in der jeweiligen Merichtung die Auswirkung zuflHger Abweichungen vonder Sollposition. Sie wird aus der Hufigkeitsverte

46、ilung der Positionsmewerte (Beispiel Bild 11) miteiner festgelegten Wahrscheinlichkeit bei positiverund negativer Anfahrrichtung ermittelt. Sofern nichtanders angegeben, gilt eine Wahrscheinlichkeit von99,7% (dreifache Standardabweichung). Die Positionsstreubreite ist unabhngig von der -Umkehr-spann

47、e (U=0).Die Kenngre mittlere Positionsstreubreite P“ istin der jeweihgen Merichtung der berechnete arith-)A/1 1 1 / 11 / 11 / 1i“/ i1 V/i 1 1 kSoilposition bzw.So Horien tierungU, _Positionsabweichung bzw. Orien tierungsab weich ungBild 11. Hufigkeitsverteilung der Positions- bzw. Orientierungs-Mewe

48、rte fr eine Position bzw. Orientierung / beim Anfahren aus negativer (nI.) bzw. positiver (f) RichtungPs/ PositionsstreubreiteOsy = 3 Sj 1+3 Sj t Sj Standardabweichung)Uj UmkehrspanneB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-10- VDI 2861 Blatt 2 Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1988metische Mittelwert der Positionsstreubreiten allerMepositionen.Diese Bezeichnung gilt auch fr rotatorische -Achsen (inbesondere