Entwicklung eines Verfahrens zum Programmtest in der robotergestützten Montage:
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Aachen
Shaker
2011
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INHALTSVERZEICHNIS
VERZEICHNIS DER ABKUERZUNGEN XI
VERZEICHNIS DER FORMELZEICHEN UND SYMBOLE XIII
VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN XIV
VERZEICHNIS DER TABELLEN XVI
1 EINLEITUNG 1
1.1 HERAUSFORDERUNGEN FUER DIE PRODUKTION IN DER AUTOMOBILINDUSTRIE 1
1.2 ZIELSTELLUNG DER ARBEIT 3
1.3 STRUKTUR DER ARBEIT 4
2 MOTIVATION UND PROBLEMSTELLUNG 6
2.1 BESONDERHEITEN VON ROBOTERPROGRAMMEN FUER DIE MONTAGE 7
2.1.1 ROBOTERPROGRAMMANALYSE 9
2.1.2 PHASEN DER PROGRAMMENTWICKLUNG 14
2.1.3 HERAUSFORDERUNGEN BEIM PROGRAMMTEST 16
2.2 POTENZIALE DURCH DEN EINSATZ DIGITALER WERKZEUGE 20
2.3 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT 23
3 ANFORDERUNGSANALYSE 24
3.1 ANFORDERUNGEN AN DIE SIMULATIONSUMGEBUNG ZUR PROGRAMMAUSFUEHRUNG 24
3.1.1 NUTZUNG DER HERSTELLERSPEZIFISCHEN STEUERUNGSUMGEBUNG 24
3.1.2 PLAUSIBLES VERHALTEN DER ROBOTERNAHEN PERIPHERIE 25
3.1.3 PROZESSVISUALISIERUNG 26
3.1.4 LEISTUNGSANFORDERUNGEN 27
3.1.5 NUTZUNG BESTEHENDER DATEN UND INTEGRATION IN DEN
ANLAGENENTSTEHUNGSPROZESS 27 3.2 ANFORDERUNGEN AN DIE TESTUMGEBUNG ZUM
PROGRAMMTEST 29
3.2.1 TEST VON PROGRAMMFUNKTIONALITAETEN 30
3.2.2 BESCHREIBUNG VON TESTSZENARIEN 30
3.2.3 TESTDURCHFUEHRUNG 31
3.2.4 TESTDATENVERWALTUNG 31
3.3 ZUSAMMENFASSUNG UND PRIORISIERUNG 31
4 STAND DER TECHNIK UND ABLEITUNG DES HANDLUNGSBEDARFES 34
4.1 VERFAHREN ZUR PROGRAMMIERUNG VON INDUSTRIEROBOTERN 34
4.1.1 UEBERBLICK UND EINGRENZUNG 34
4.1.2 PRINZIPIEN DER OFFLINE-PROGRAMMIERUNG 36
4.1.3 KOMMERZIELLE CAR-WERKZEUGE 39
VII
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1016688539
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
4.1.4 FORSCHUNGSANSAETZE 42
4.1.5 BEWERTUNG UND FAZIT 43
4.2 METHODEN UND ANSAETZE ZUR MONTAGESIMULATION 45
4.2.1 UEBERBLICK UND EINGRENZUNG 45
4.2.2 GRUNDLAGEN DER INTERAKTIVEN DYNAMIKSIMULATION 48
4.2.3 EINSATZ VON PHYSIK-ENGINE BIBLIOTHEKEN 52
4.2.4 MONTAGESPEZIFISCHE ANSAETZE AUS TECHNIK UND FORSCHUNG 53
4.2.5 BEWERTUNG UND FAZIT 54
4.3 METHODEN UND ANSAETZE ZUM SOFTWARETEST 55
4.3.1 UEBERBLICK UND EINGRENZUNG 55
4.3.2 ANSAETZE ZUM TEST VON STEUERUNGSPROGRAMMEN 57
4.3.3 MODELLBASIERTES TESTEN MITHILFE VON CASE-WERKZEUGEN 59
4.3.4 BEWERTUNG UND FAZIT 60
4.4 DATENAUSTAUSCH IM ANLAGENENTSTEHUNGSPROZESS 61
4.5 BEWERTUNG BESTEHENDER ANSAETZE UND ABLEITUNG DES HANDLUNGSBEDARFES 63
4.6 ZUSAMMENFASSUNG 67
5 KONZEPTION UND SYSTEMENTWURF 69
5.1 KONZEPT FUER DEN SYSTEMATISCHEN UND FUNKTIONALEN PROGRAMMTEST 69
5.2 ENTWURF DES GESAMTSYSTEMS 72
5.3 SIMULATIONSUMGEBUNG ZUR PROGRAMMAUSFUEHRUNG 75
5.3.1 PHYSIK-ENGINE ZUR STARRKOERPERSIMULATION 75
5.3.2 VERHALTENSSIMULATION 76
5.3.3 3D-VISUALISIERUNG 78
5.4 TESTUMGEBUNG 78
5.4.1 BAUSTEINSYSTEM FUER DIE BEOBACHTUNG DES MONTAGEABLAUFES 78
5.4.1.1 PRUEFUNG VON MONTAGEZUSTAENDEN 79
5.4.1.2 KOLLISIONSUEBERWACHUNG ZWISCHEN OBJEKTGRUPPEN 80
5.4.1.3 UNZULAESSIGE KONTAKTSITUATIONEN 82
5.4.1.4 VERHALTEN BEI STOERUNGEN 82
5.4.1.5 KOLLISIONSFREIE ERREICHUNG VON TEACHPUNKTEN 84
5.4.1.6 ZUSTAENDE DER ROBOTERNAHEN PERIPHERIE 85
5.4.1.7 VERHALTEN BEI TOLERANZABHAENGIGEN ABLAEUFEN 85
5.4.2 ABLAUF WAEHREND DER TESTDURCHFUEHRUNG 85
5.4.2.1 TESTVERWALTUNG 86
5.4.2.2 TESTTREIBER 86
5.4.2.3 ROBOTERPROGRAMMKONTROLLE 88
5.4.2.4 TESTUEBERWACHUNG 89
5.4.2.5 EREIGNISERZEUGUNG DURCH BAUSTEINMODUL 89
VIII
IMAGE 3
5.5 KOMPONENTENINTERAKTION IM GESAMTSYSTEM 90
5.6 DATENMODELL UND MODELLERSTELLUNG 91
5.6.1 DATENMODELL DES GESAMTSYSTEMS 92
5.6.1.1 AUFBAU DES MECHATRONISCHEN ZELLENMODELLS 92
5.6.1.2 BESTANDTEILE EINES TESTFALLS 94
5.6.2 ERWEITERTES MODELL FUER DIE DYNAMIKSIMULATION 95
5.6.2.1 GEOMETRIEMODELL 95
5.6.2.2 KINEMATIKMODELL 96
5.6.2.3 PHYSIKMODELL 97
5.6.3 VERHALTENSMODELLIERUNG 97
5.6.4 SIGNALVERKNUEPFUNGEN 99
5.6.5 VIRTUELLE SENSOREN 100
5.6.5.1 POSITIONSBASIERTER ANSATZ 101
5.6.5.2 KOLLISIONSBASIERTER ANSATZ 101
5.6.5.3 SPEICHERUNG VON SENSORIKINFORMATIONEN 102
5.6.6 BAUSTEINKONFIGURATION 103
5.6.7 ERSTELLUNG VON TESTSZENARIEN 105
5.6.8 ERSTELLUNG VON EREIGNISSEQUENZEN 106
5.7 ZUSAMMENFASSUNG UND DISKUSSION DES KONZEPTS 107
6 TECHNISCHE REALISIERUNG 110
6.1 KOMPONENTENAUSWAHL UND SYSTEMARCHITEKTUR 110
6.2 SOFTWAREPROTOTYP PHYSIM 112
6.2.1 STARRKOERPERSIMULATION 113
6.2.2 BAUSTEINMODUL UND BAUSTEINKONFIGURATION 114
6.2.2.1 PRUEFUNG VON MONTAGEZUSTAENDEN 116
6.2.2.2 KOLLISIONSUEBERWACHUNG ZWISCHEN OBJEKTGRUPPEN 117 6.2.2.3
UNZULAESSIGE KONTAKTSITUATIONEN 117
6.2.2A KOLLISIONSFREIE ERREICHUNG VON TEACHPUNKTEN 118
6.2.2.5 OBJEKTMANIPULATION 119
6.2.3 3D-VISUALISIERUNG 119
6.3 CASE-WERKZEUG FUER VERHALTENSSIMULATION UND TESTUMGEBUNG 120
6.3.1 VERHALTENSSIMULATION 121
6.3.2 TESTUEBERWACHUNG UND TESTVERWALTUNG 122
6.3.3 TESTTREIBER 123
6.3.4 ROBOTERPROGRAMMKONTROLLE 126
6.4 MODELLERSTELLUNG 127
6.4.1 IMPORT VON GEOMETRIE-UND KINEMATIKMODELL 128
6.4.2 UMSETZUNG DES PHYSIKMODELLS 128
IX
IMAGE 4
6.4.3 INTEGRATION VON SENSOREN 130
6.5 ERSTELLUNG VON TESTSZENARIEN UND ABLEITUNG VON EREIGNISSEQUENZEN 134
6.5.1 ERSTELLUNG VON TESTSZENARIEN 134
6.5.2 ERSTELLUNG VON EREIGNISSEQUENZEN 135
6.6 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT 136
7 ANWENDUNGSBEISPIELE 138
7.1 MODELL-UND AUFGABENBESCHREIBUNG 138
7.1.1 POSITIONIERUNGSSTRATEGIE WERKSTUECKTRAEGER 140
7.1.2 FUEGESTRATEGIE SCHRAUBENMONTAGE 142
7.1.3 FEHLERBEHANDLUNGSSTRATEGIE SCHRAUBE KOMMISSIONIEREN 144 7.2
TESTSZENARIEN UND EREIGNISSEQUENZEN 145
7.2.1 POSITIONIERUNGSSTRATEGIE WERKSTUECKTRAEGER 145
7.2.2 FUGESTRATEGIE SCHRAUBENMONTAGE 147
7.2.3 FEHLERBEHANDLUNGSSTRATEGIE SCHRAUBE KOMMISSIONIEREN 150
8 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 154
8.1 ZUSAMMENFASSUNG UND FAZIT 154
8.2 AUSBLICK 156
9 LITERATURVERZEICHNIS 158
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