aiMOOC

Industrierobotik und virtuelle Roboterzellen – Roboterbauarten nach Aufgabe vergleichen

QR-Code

Einleitung

Industrierobotik und virtuelle Roboterzellen – Roboterbauarten nach Aufgabe vergleichen

Zielgruppe: Ausbildung in Mechatronik, Automatisierungstechnik, Elektronik und Industriemechanik

Lernzeit: ca. 90–120 Minuten einschließlich Simulationsaufgaben

Lernziel: Du vergleichst Knickarmroboter, SCARA-Roboter, Portalroboter und Delta-Roboter, wählst eine geeignete Bauart für einen Fertigungsauftrag und diagnostizierst simulierte Signalabläufe.

Wichtig – Sicherheitsgrenze: Alle praktischen Steuerungs-, Bewegungs- und Diagnoseaufgaben dieses Kurses erfolgen ausschließlich in einer vom realen Anlagenbetrieb getrennten Simulation. Ein realer Schulungsbetrieb ist nur nach ausdrücklicher Freigabe durch verantwortliche Fachkräfte und mit wirksamen Schutzmaßnahmen zulässig. Dieser Kurs enthält keine Live-Fahrbefehle. Simulationsergebnisse ersetzen niemals Risikobeurteilung, Schutzfunktionsprüfung oder Sicherheitsfreigabe.

Dein Lernweg:

Vier Roboterbauarten an Bildern und Videos erkennen.
Einen konkreten Ausbildungsauftrag bearbeiten.
Eine virtuelle Roboterzelle untersuchen.
Digitale Ein- und Ausgangssignale auswerten.
Simulierte Fehler diagnostizieren.
Eine begründete technische Auswahl treffen.

Ausbildungsfall: Vier Roboter für eine Verpackungsanlage

Ausgangssituation:

Ein Ausbildungsbetrieb plant eine virtuelle Anlage zur Verpackung leichter Kunststoffkappen.

Die Kappen werden auf einem Förderband bereitgestellt und sollen in eine Ablageschale mit vier Aufnahmeplätzen gelangen.

Didaktische Planungsdaten – keine realen Maschinenspezifikationen:

Merkmal	Vorgabe
Werkstück	Kunststoffkappe
Masse pro Kappe	40 g
Werkstückzuführung	Förderband
Ablage	Vier Aufnahmeplätze
Orientierung	Kappen bleiben überwiegend waagerecht
Ziel	Kurze Taktzeit bei wiederholbarem Ablauf
Arbeitsumgebung	Ausschließlich virtuelle Roboterzelle

Dein Auftrag: Vergleiche vier Robotertypen. Entscheide, welche Kinematik für die simulierte Anlage zunächst am geeignetsten erscheint. Prüfe anschließend die Signalfolge für das Greifen und Ablegen.

Die Auswahl ist zunächst eine technische Hypothese. Sie muss in der Simulation anhand von Arbeitsraum, Erreichbarkeit, Nutzlast, Werkzeugorientierung und Zykluszeit untersucht werden.

Lerneinheit 1: Knickarmroboter

Lernzeit: ca. 5 Minuten

Knickarmroboter besitzen mehrere aufeinanderfolgende Drehgelenke. Häufig werden sechs Achsen verwendet. Dadurch kann das Werkzeug innerhalb der konstruktiven Grenzen vielfältige Positionen und Orientierungen erreichen.

Typische Aufgaben: Schweißen, Montage, Maschinenbeschickung, Kleben, Handhabung komplexer Bauteile.

Stärke: Flexible räumliche Werkzeugausrichtung.

Grenze: Für einfache Bewegungen zwischen zwei ebenen Stationen ist diese Beweglichkeit nicht immer erforderlich.

Video: KUKA KR AGILUS – Knickarmroboter

Beobachtungsauftrag: Achte darauf, wie sich die Orientierung des Werkzeugflansches gegenüber dem Werkstück verändern kann.

Mini-Aufgabe – Basis: Ein Werkstück muss von oben gegriffen und anschließend seitlich gekippt in eine Vorrichtung eingesetzt werden. Begründe, weshalb ein sechsachsiger Knickarmroboter geeignet sein könnte.

Begründetes Feedback: Eine passende Antwort verweist auf die räumliche Orientierung des Werkzeugs. Die erforderlichen Schwenkbewegungen lassen sich mit einer geeigneten sechsachsigen Kinematik häufig realisieren. Erreichbarkeit und Kollisionen müssen trotzdem geprüft werden.

Lerneinheit 2: SCARA-Roboter

Lernzeit: ca. 5 Minuten

SCARA bedeutet Selective Compliance Assembly Robot Arm.

Ein üblicher SCARA besitzt vier Achsen. Zwei Drehgelenke ermöglichen die Bewegung in der horizontalen Ebene. Hinzu kommen eine vertikale Bewegung und eine Drehung um die vertikale Werkzeugachse.

Typische Aufgaben: Schnelles Umsetzen, Bestücken, Prüfen und vertikales Fügen.

Stärke: Kompakte, schnelle Bewegungen und wiederholgenaue Montage.

Grenze: Die freie Neigung des Werkzeugs im Raum ist bei einem klassischen vierachsigen SCARA nicht möglich.

Video: KUKA KR SCARA

Beobachtungsauftrag: Unterscheide die horizontale Armbewegung von der vertikalen Bewegung des Werkzeugs.

Mini-Aufgabe – Basis: Kleine Bauteile werden von einer Zuführung aufgenommen und senkrecht in eine Montageplatte eingesetzt. Prüfe, ob ein SCARA grundsätzlich geeignet ist.

Begründetes Feedback: Ein SCARA ist ein naheliegender Kandidat, weil horizontales Positionieren und vertikales Fügen zu seinen typischen Aufgaben gehören. Zusätzliche Werkzeugneigungen könnten eine andere Kinematik erforderlich machen.

Lerneinheit 3: Portalroboter

Lernzeit: ca. 5 Minuten

Ein Portalroboter verwendet lineare Achsen. Bei einem dreiachsigen kartesischen Portal sind diese üblicherweise entlang X, Y und Z angeordnet.

Typische Aufgaben: Maschinenbeladung, Materialtransport, Lagertechnik, flächiges Positionieren und großräumige Handhabung.

Stärke: Einfach nachvollziehbare lineare Bewegungen und gut nutzbare rechteckige beziehungsweise quaderförmige Arbeitsräume.

Grenze: Freie Werkzeugorientierungen erfordern zusätzliche Achsen oder besondere Werkzeuge.

Video: Kartesischer Drei-Achs-Roboter

Beobachtungsauftrag: Suche die drei zueinander senkrechten Bewegungsrichtungen.

Mini-Aufgabe – Anwendung: Ein großer rechteckiger Arbeitsbereich muss mit geradlinigen Transportbewegungen bedient werden. Begründe die mögliche Eignung eines Portalroboters.

Begründetes Feedback: Ein Portal kann die Bewegungen direkt über Linearachsen abbilden. Seine Eignung hängt insbesondere von Verfahrwegen, Nutzlast, Durchbiegung, Einbauraum und geforderter Dynamik ab.

Lerneinheit 4: Delta-Roboter

Lernzeit: ca. 5 Minuten

Ein Delta-Roboter besitzt eine parallele Kinematik. Mehrere Arme verbinden eine feste Basis mit der beweglichen Werkzeugplattform.

Bei vielen Bauformen liegen die Antriebe an der Basis. Dadurch müssen relativ kleine bewegte Massen beschleunigt werden.

Typische Aufgaben: Schnelles Pick-and-Place, Sortieren und Verpacken leichter Produkte.

Stärke: Hohe Dynamik bei passenden leichten Handhabungsaufgaben.

Grenze: Arbeitsraum, Nutzlast und Werkzeugorientierung sind bauart- und modellabhängig begrenzt. Zusätzliche Drehachsen sind bei bestimmten Modellen möglich.

Video: ABB IRB 365 FlexPicker

Beobachtungsauftrag: Untersuche, weshalb eine leichte bewegte Werkzeugplattform schnelle Handhabungszyklen begünstigt.

Mini-Aufgabe – Anwendung: Leichte Kunststoffkappen sollen mit hoher Wiederholrate umgesetzt werden. Vergleiche Delta und Knickarm für diese Aufgabe.

Begründetes Feedback: Unter den vorgegebenen Bedingungen ist ein Delta-Roboter ein aussichtsreicher Kandidat. Seine Parallelkinematik unterstützt schnelle Bewegungen mit kleinen bewegten Massen. Ein Knickarm kann dennoch sinnvoll sein, wenn beispielsweise komplexe Werkzeugorientierungen benötigt werden.

Lerneinheit 5: Robotertypen systematisch vergleichen

Lernzeit: ca. 8 Minuten

Bauart	Typische Kinematik	Besonders geeignete Aufgaben	Wichtige Auswahlgrenze
Knickarm	Mehrere serielle Drehachsen	Komplexe räumliche Bewegungen	Zusätzliche Beweglichkeit nicht immer wirtschaftlich
SCARA	Horizontale Drehgelenke mit vertikaler Achse	Bestücken und vertikales Fügen	Begrenzte freie Werkzeugneigung
Portal	Kartesische Linearachsen	Geradliniger Transport über rechteckige Flächen	Zusätzliche Orientierungsachsen bei Bedarf
Delta	Parallele Armkinematik	Schnelle Handhabung leichter Produkte	Modellabhängiger Arbeitsraum und Nutzlast

Entscheidungsregel: Wähle nicht allein nach der maximalen Geschwindigkeit. Eine technische Auswahl berücksichtigt mindestens:

Arbeitsraum und Erreichbarkeit.
Nutzlast einschließlich Werkzeug und Werkstück.
Erforderliche Werkzeugorientierung.
Wiederholgenauigkeit und Prozessanforderungen.
Zykluszeit und Beschleunigung.
Platzbedarf, Integration und Kosten.

Anwendung auf den Ausbildungsfall:

Für die leichte, weitgehend waagerechte Kappenhandhabung mit kurzer Taktzeit ist der Delta-Roboter die bevorzugte erste Simulationsvariante.

Ein SCARA bleibt eine sinnvolle Alternative, insbesondere bei einer überwiegend stationären Zuführung und einfachen Montage- oder Ablagebewegungen.

Diese Vorauswahl ersetzt keine technische Auslegung.

Lerneinheit 6: Virtuelle Roboterzelle aufbauen

Lernzeit: ca. 15 Minuten

Abbildung: Beispiel einer virtuellen Fertigungssimulation. Die gezeigte historische Robcad-Software ist nicht zwingend die Software dieses Kurses.

Abbildung: Beispiel einer Offline-Darstellung eines Robotersystems.

Eine virtuelle Anlage bildet einen geplanten Fertigungsablauf im Rechner nach. Sie kann zur Untersuchung von Bewegungen, Erreichbarkeit, Ereignissen und Signalen verwendet werden.

Geeignete Lernumgebungen:

ABB RobotStudio bietet Offline-Programmierung und einen virtuellen Controller.

CoppeliaSim ermöglicht die Simulation von Robotermodellen und Sensoren. Beachte die jeweiligen Lizenzbedingungen; die Edu-Version ist auf die zugelassenen Bildungseinrichtungen und Nutzungen beschränkt.

Arbeitsregel: Verwende nur ein eigenständiges lokales Simulationsprojekt mit virtuellen Komponenten. Keine Verbindung, Programmübertragung oder Steuerungsbefehle an reale Anlagen.

Video: Virtuelles Pick-and-Place mit ABB RobotStudio

Virtuelle Lernzelle – Modellvorgabe:

Virtuelles Objekt	Funktion
Förderband	Stellt Kappen bereit
Werkstücksensor	Meldet eine Kappe am Aufnahmepunkt
Robotermodell	Stellt die ausgewählte Kinematik dar
Virtueller Sauggreifer	Übernimmt ein Werkstück
Ablageschale	Enthält vier Aufnahmeplätze
Virtuelle Steuerungslogik	Koordiniert die Zustandsfolge
Signalmonitor	Zeigt digitale Signale und Zustände

Simulationsauftrag:

Lege ein neues, ausschließlich virtuelles Lernprojekt an.
Positioniere Förderband, Ablage und ein passendes Robotermodell.
Markiere einen virtuellen Aufnahmepunkt und einen Ablagepunkt.
Untersuche mit den Simulationsfunktionen Erreichbarkeit und mögliche Kollisionen.
Dokumentiere Beobachtungen durch Screenshots. Übertrage keine Ergebnisse oder Programme auf reale Steuerungen.

Erfolgskriterium: Du kannst anhand virtueller Beobachtungen erklären, ob die geplanten Positionen geometrisch erreichbar erscheinen und welche Fragen noch offenbleiben.

Begründetes Feedback: Eine erreichbare und kollisionsfrei simulierte Bahn unterstützt die Planung. Sie beweist weder reale Kollisionsfreiheit unter allen Bedingungen noch die Wirksamkeit von Schutzeinrichtungen.

Lerneinheit 7: Digitale Signale verstehen

Lernzeit: ca. 10 Minuten

Ein Sensor liefert eine Information. Ein digitaler Ausgang stellt einen logischen Steuerungsbefehl bereit.

Für diese Lernzelle werden vier frei definierte Simulationssignale verwendet. Die Signalnamen sind keine herstellerübergreifenden Standards.

Signal	Art	Bedeutung im Modell
DI_TeilDa	Digitaler Eingang	Kappe am Aufnahmepunkt erkannt
DO_VakuumAn	Digitaler Ausgang	Virtueller Sauggreifer wird eingeschaltet
DI_VakuumOK	Digitaler Eingang	Virtuelles Saugkriterium erreicht
DI_AblageFrei	Digitaler Eingang	Zielaufnahmeplatz ist noch frei

Signalzustände:

0 bedeutet in diesem Lernmodell: Signal nicht aktiv.

1 bedeutet in diesem Lernmodell: Signal aktiv.

Beispiel: Normaler Signalverlauf

Die Zeitpunkte t0 bis t4 bezeichnen aufeinanderfolgende Beobachtungen einer didaktisch vereinfachten Simulation, keine festen Millisekundenwerte.

Signal	t0	t1	t2	t3
DI_TeilDa	0	1	1	0
DO_VakuumAn	0	0	1	1
DI_VakuumOK	0	0	0	1
DI_AblageFrei	1	1	1	1

So liest Du die Tabelle:

Bei t1 wird eine Kappe erkannt. Bei t2 wird das virtuelle Vakuum angefordert. Bei t3 bestätigt das Simulationsmodell das Saugkriterium; die Kappe verlässt den Aufnahmepunkt. Bei t4 ist der Ablagevorgang im Modell abgeschlossen, das Vakuum ausgeschaltet und der betreffende Aufnahmeplatz belegt.

Wichtig: Ein positives Vakuumsignal ist eine modellierte Prozessrückmeldung und kein Nachweis für eine sichere reale Werkstückhaltung.

Steuerungsaufgabe – Anwendung: Entscheide anhand des Signalverlaufs, wann das virtuelle Modell den Aufnahmeschritt als bestätigt betrachten darf.

Begründetes Feedback: Erst bei t3 liegt DI_VakuumOK = 1 vor. Das Setzen des Ausgangs DO_VakuumAn bei t2 allein bestätigt keine erfolgreiche Aufnahme.

Lerneinheit 8: Zustandssteuerung und Diagnose

Lernzeit: ca. 10 Minuten

Eine Ablaufsteuerung kann einen Prozess in einzelne Zustände aufteilen.

Vereinfachte Zustandsfolge der Simulation:

Zustand	Erwartete Bedingung	Nächster Zustand
Warten	DI_TeilDa aktiv	Aufnahme vorbereiten
Aufnahme vorbereiten	Virtuelles Vakuum angefordert	Rückmeldung prüfen
Rückmeldung prüfen	DI_VakuumOK aktiv	Virtuellen Transport auswerten
Virtuellen Transport auswerten	Ablageplatz frei und simulierte Zielposition erreicht	Virtuelle Ablage auswerten
Virtuelle Ablage auswerten	Werkstück virtuell abgelegt	Warten
Diagnosehalt	Erwartete Rückmeldung bleibt aus	Fehler dokumentieren

Diese Zustandsfolge ist ein didaktisches Logikmodell, kein ausführbares Maschinenprogramm und keine sicherheitsbezogene Steuerung.

Diagnosefall F1: Vakuumrückmeldung fehlt

Simulierter Fehler:

Beobachtung	Signalzustand
Kappe erkannt	DI_TeilDa = 1
Virtuelles Vakuum angefordert	DO_VakuumAn = 1
Erwartete Rückmeldung	DI_VakuumOK = 1
Tatsächliche Rückmeldung	DI_VakuumOK = 0
Rückmeldung bis zur modellierten Wartegrenze	Bleibt aus

Deine Diagnoseaufgabe: Welche Reaktion ist im Simulationsmodell fachlich sinnvoll?

Musterentscheidung: Der simulierte Ablauf wechselt in einen Diagnosehalt und vermerkt eine ausbleibende Vakuumrückmeldung. Eine virtuelle Ablage darf nicht als erfolgreich verbucht werden.

Mögliche Modellursachen: Fehlende Werkstückaufnahme, falsche Sensorzuordnung, fehlerhafte Signalverknüpfung oder nicht erreichter modellierter Vakuumschwellwert.

Begründetes Feedback: Der Ausgang zeigt einen angeforderten Vorgang. Der Eingang zeigt die modellierte Rückmeldung. Ein fehlender Eingang darf nicht einfach durch einen gesetzten Ausgang ersetzt oder als Erfolg interpretiert werden.

Gestufte Hilfen

Hilfe 1 – Beobachten: Suche zunächst das Signal, dessen tatsächlicher Zustand vom erwarteten Zustand abweicht.

Hilfe 2 – Vergleichen: Trenne in Deiner Auswertung zwischen Steuerungsanforderung und Sensorrückmeldung.

Hilfe 3 – Lösungsansatz: DO_VakuumAn ist aktiv, DI_VakuumOK bleibt inaktiv. Untersuche im abgeschotteten Simulationsmodell die virtuelle Werkstückaufnahme und die Signalzuordnung. Dokumentiere den Fehlerzustand, statt die Rückmeldung zu übergehen.

Diagnosefall F2: Ablageplatz belegt

Simulierte Beobachtung: DI_VakuumOK = 1, aber DI_AblageFrei = 0.

Aufgabe – Transfer: Entscheide, ob die virtuelle Steuerungslogik den Ablagevorgang als abgeschlossen werten darf.

Feedback: Nein. Obwohl die Aufnahme bestätigt wurde, ist der ausgewählte Ablageplatz nicht frei. Das Modell muss einen anderen zulässigen freien Platz auswählen oder den Ablauf unterbrechen. Ein Ablageerfolg darf nicht ohne passende Rückmeldung verbucht werden.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Roboterbauart eignet sich besonders für flexible räumliche Werkzeugorientierungen? (Knickarmroboter) (!Portalroboter ohne Zusatzachsen) (!Klassischer SCARA-Roboter) (!Einfacher Lineartransport)

Welche Bewegung ist für einen klassischen SCARA-Roboter charakteristisch? (Horizontales Positionieren und vertikales Fügen) (!Ausschließlich lineare Bewegung) (!Freie Werkzeugneigung in allen Raumrichtungen) (!Fortbewegung auf Rädern)

Welche Eigenschaft begünstigt die hohe Dynamik vieler Delta-Roboter? (Geringe bewegte Massen) (!Sehr schwere bewegte Motoren) (!Ausschließlich hydraulische Antriebe) (!Ein besonders langer Werkzeugarm)

Welche Achskonfiguration ist für ein dreiachsiges kartesisches Portal typisch? (Drei zueinander senkrechte Linearachsen) (!Drei beliebig angeordnete Drehgelenke) (!Zwei parallele Roboterarme) (!Sechs serielle Drehachsen)

Welche Roboterbauart ist für das schnelle Umsetzen leichter Kappen im Ausbildungsfall zunächst besonders naheliegend? (Delta-Roboter) (!Schwerlast-Schweißroboter) (!Fahrzeugroboter) (!Unterwasserroboter)

Was bedeutet ein aktives Eingangssignal DI_TeilDa im Lernmodell? (Eine Kappe wird am Aufnahmepunkt erkannt) (!Der Ablagevorgang ist beendet) (!Das Vakuum wurde eingeschaltet) (!Die Roboterzelle wurde sicherheitstechnisch freigegeben)

Wodurch wird die erfolgreiche virtuelle Saugaufnahme im Signalbeispiel bestätigt? (Durch das aktive Signal DI_VakuumOK) (!Allein durch den Ausgang DO_VakuumAn) (!Durch einen frei gewählten Zeitstempel) (!Durch die Anzahl der Roboterachsen)

Welche Diagnose ist naheliegend, wenn die Vakuumrückmeldung trotz Anforderung ausbleibt? (Die erwartete Prozessrückmeldung fehlt) (!Das Werkstück wurde sicher aufgenommen) (!Der Ablageplatz ist automatisch belegt) (!Die komplette Anlage ist fehlerfrei)

Was bedeutet ein freier virtueller Ablageplatz im Lernmodell? (Der ausgewählte Aufnahmeplatz ist noch unbelegt) (!Das Werkzeug ist abgeschaltet) (!Die reale Maschine darf automatisch starten) (!Der Greifer besitzt eine höhere Traglast)

Darf eine kollisionsfreie Simulation als Sicherheitsfreigabe für eine reale Roboteranlage gelten? (Nein eine Simulation ersetzt keine reale Sicherheitsbewertung) (!Ja die Simulation bestätigt alle Schutzfunktionen) (!Ja sobald das Robotermodell den Zielpunkt erreicht) (!Ja wenn keine Fehlermeldung angezeigt wird)

Begründetes Quiz-Feedback:

Bei Fragen 1–5 ist die Kinematik das Entscheidungskriterium: Räumliche Beweglichkeit, Montagebewegung, Linearachsen und geringe bewegte Massen passen zu unterschiedlichen Aufgaben.

Bei Fragen 6–9 ist die Rückmeldung entscheidend: Ein Befehl ist noch kein nachgewiesener Prozesszustand.

Bei Frage 10 ist die Grenze der Simulation entscheidend: Virtuelle Beobachtungen unterstützen die Planung, erlauben aber keine reale Sicherheitsfreigabe.

Memory

Ordne die Fachbegriffe ihren passenden Funktionen oder Einsatzgebieten zu.

Knickarm	Räumliche Werkzeugorientierung
SCARA	Vertikales Fügen
Portal	Kartesische Linearachsen
Delta	Schnelles Leichtteilhandling
Werkstücksensor	Teileerkennung
Vakuumkommando	Saugfunktion anfordern
Saugkriterium	Aufnahmerückmeldung
Diagnosehalt	Fehlende Rückmeldung dokumentieren

Feedback: Achte auf den Unterschied zwischen mechanischem Aufbau, geeigneter Anwendung, Steuerungssignal und Rückmeldung. Nicht alle Begriffe beschreiben dieselbe technische Ebene.

Drag and Drop

Ordne jedem Begriff die passende Beschreibung zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Beschreibung
Knickarm	Flexible räumliche Werkzeugorientierung
SCARA	Horizontale Bewegung mit vertikalem Fügen
Portal	Positionieren entlang kartesischer Achsen
Delta	Hochdynamisches Aufnehmen leichter Teile
DI_TeilDa	Digitale Werkstückerkennung
DO_VakuumAn	Virtueller Steuerungsbefehl für den Sauggreifer
DI_VakuumOK	Rückmeldung des virtuellen Saugkriteriums

Feedback: Digitale Eingänge liefern Zustandsinformationen. Digitale Ausgänge fordern Funktionen an. Die Roboterbauart beschreibt dagegen die mechanische Bewegungsstruktur.

Kreuzworträtsel

Knickarm	Welcher Robotertyp nutzt mehrere serielle Drehgelenke für flexible räumliche Bewegungen?
SCARA	Welcher Robotertyp eignet sich besonders für horizontales Umsetzen und vertikales Fügen?
Portal	Welcher Robotertyp bewegt sich typischerweise entlang kartesischer Linearachsen?
Delta	Welcher Robotertyp besitzt eine parallele Armkinematik für schnelle Handhabungsaufgaben?
Sensor	Welches Bauteil erfasst einen Prozesszustand?
Simulation	Wie heißt die modellgestützte Nachbildung eines technischen Ablaufs im Rechner?

LearningApps

Die folgende Einbindung führt zu einer thematischen Suche auf LearningApps. Einzelne dort angezeigte Anwendungen müssen vor dem Einsatz fachlich überprüft werden.

Lückentext

Ein Industrieroboter ist eine programmierbare Maschine zur automatisierten Handhabung und Bearbeitung von

.

Die mechanische Bewegungsstruktur eines Roboters wird als

bezeichnet.

Ein Roboter mit mehreren seriellen Drehgelenken wird als

bezeichnet.

Für horizontales Positionieren und vertikales Fügen eignet sich häufig ein

.

Bei einem kartesischen Portal erfolgen die Hauptbewegungen entlang von

.

Ein Delta-Roboter verwendet eine

.

Die geringe bewegte Masse vieler Delta-Roboter begünstigt eine hohe

.

Der räumlich erreichbare Bereich eines Roboters heißt

.

Ein digitales Eingangssignal kann durch einen

bereitgestellt werden.

Im Lernmodell meldet DI_TeilDa die Anwesenheit eines

.

DO_VakuumAn fordert die virtuelle Funktion des

an.

DI_VakuumOK liefert die modellierte

.

Wenn eine erwartete Rückmeldung ausbleibt, ist eine systematische

notwendig.

Eine virtuell nachgebildete Produktionsanlage wird als

untersucht.

Die Untersuchung einer Anlage vor ihrer realen Inbetriebnahme kann durch eine

unterstützt werden.

Eine Simulation ersetzt niemals die reale

.

Offene Aufgaben

Bearbeite die Aufgaben ausschließlich mit Skizzen, Tabellen, Bildern, theoretischen Überlegungen oder abgeschotteten Simulationsprojekten.

Die Aufgaben steigen von Basis über Anwendung zu Transfer. Nutze bei Schwierigkeiten die gestuften Hilfen aus der Diagnoseeinheit.

Leicht

Basisaufgaben

Roboterbauarten erkennen: Erstelle eine Bildübersicht der vier Robotertypen. Kennzeichne ihre wichtigsten Bewegungsachsen. Feedback: Richtig ist eine Übersicht, die Drehachsen, Linearachsen und Parallelkinematik sachlich unterscheidet; allein die Farbe oder Größe eines Roboters genügt nicht.
Anwendungsbeispiele: Ordne jeder Bauart einen typischen Fertigungsauftrag zu und begründe die Zuordnung. Feedback: Deine Begründung sollte auf Bewegungsaufgabe und Kinematik beruhen, nicht auf einem bestimmten Hersteller.
Signalarten: Erstelle eine Tabelle, in der Du die vier Signale der Lernzelle als Eingang oder Ausgang kennzeichnest. Feedback: Sensormeldungen gehören zu den Eingängen; DO_VakuumAn ist im vorgegebenen Modell ein Ausgang, weil die virtuelle Steuerung damit eine Funktion anfordert.
Signalverlauf: Markiere in der Normalablauftabelle den ersten Zeitpunkt mit bestätigtem Vakuum. Feedback: t3 ist richtig, weil DI_VakuumOK dort erstmals den Zustand 1 zeigt.

Standard

Anwendungsaufgaben

Virtuelle Roboterzelle: Entwirf eine abgeschottete Simulationszelle für Kunststoffkappen und dokumentiere die Positionen von Förderband, Greifer und Ablage. Feedback: Der Aufbau ist nachvollziehbar, wenn Werkstückweg, Aufnahme- und Ablageort sowie Robotereinsatz eindeutig erkennbar sind.
Robotervergleich: Vergleiche Delta und SCARA für den Ausbildungsfall anhand von Arbeitsraum, Orientierung und Zykluszeit. Feedback: Eine gute Lösung nennt Delta als aussichtsreichen Schnellhandhabungskandidaten und SCARA als mögliche Alternative; endgültige Aussagen erfordern konkrete Modell- und Simulationsdaten.
Diagnoseprotokoll: Erzeuge ausschließlich in der Simulation den modellierten Fehler einer ausbleibenden Vakuumrückmeldung. Dokumentiere Sollzustand, Istzustand und Diagnose. Feedback: Du arbeitest systematisch, wenn Du zuerst die abweichende Rückmeldung identifizierst und anschließend die simulierte Sensorik beziehungsweise Signalzuordnung prüfst.
Zyklusauswertung: Vergleiche mehrere vollständig simulierte Arbeitszyklen und stelle ihre Laufzeiten in einem Diagramm dar. Feedback: Aussagekräftig ist der Vergleich, wenn Du identische Randbedingungen verwendest und Abweichungen begründest, statt nur einen Einzelwert zu betrachten.

Schwer

Transferaufgaben

Roboterwahl bei Produktwechsel: Untersuche, wie sich die Auswahl verändert, wenn die Kappen durch größere Werkstücke ersetzt werden, die zusätzlich gekippt werden müssen. Feedback: Die geeignete Bauart kann wechseln, weil Nutzlast, Werkzeugorientierung und erforderlicher Arbeitsraum stärker ins Gewicht fallen.
Entscheidungsmatrix: Entwickle eine gewichtete Bewertungsmatrix für Knickarm, SCARA, Portal und Delta. Begründe Deine Kriterien und dokumentiere unbekannte Herstellerdaten ausdrücklich als offen. Feedback: Eine überzeugende Entscheidung trennt gemessene Simulationswerte, gesicherte Produktdaten und Annahmen; erfundene Kennwerte verfälschen das Ergebnis.
Virtuelle Fehleranalyse: Entwirf drei unterschiedliche simulierte Fehlerzustände und erstelle eine Testmatrix mit Eingangszustand, erwarteter Reaktion und beobachtetem Ergebnis. Feedback: Eine gute Testmatrix trennt Fehlerursache, Signalbeobachtung und Diagnose. Fehler dürfen nicht durch das Ignorieren erforderlicher Rückmeldungen übergangen werden.
Grenzen virtueller Inbetriebnahme: Erstelle ein kurzes Erklärvideo, das zeigt, welche Eigenschaften in einer Roboterzelle simuliert werden können und weshalb reale Schutzfunktionen gesondert beurteilt werden müssen. Feedback: Entscheidend ist die Unterscheidung zwischen modellierter Bewegung, tatsächlichem Verhalten und rechtlich beziehungsweise technisch erforderlicher Sicherheitsbewertung.

Lernkontrolle

Bearbeite die folgenden Transferaufgaben schriftlich, als Grafik oder im Simulationsprotokoll.

Roboterauswahl begründen: Zwei Unternehmen verwenden dieselbe Werkstückmasse. Eines benötigt eine räumliche Werkzeugneigung, das andere sehr kurze Pick-and-Place-Zyklen. Erkläre, weshalb unterschiedliche Roboterbauarten sinnvoll sein können.
Signaldiagnose: In einer virtuellen Zelle bleibt DI_VakuumOK auf 0, obwohl DO_VakuumAn auf 1 steht. Entwickle eine überprüfbare Fehlerhypothese und beschreibe die Reihenfolge Deiner rein virtuellen Diagnose.
Kinematik und Arbeitsraum: Erkläre, weshalb ein kartesisches Portal und ein sechsachsiger Knickarm trotz ähnlicher erreichbarer Positionen unterschiedliche Werkzeugorientierungen ermöglichen.
Prozessoptimierung: Eine simulierte Anlage verfehlt die gewünschte Zykluszeit. Entwickle zwei technische Verbesserungsansätze und erläutere, welche zusätzlichen Randbedingungen dabei berücksichtigt werden müssen.
Fehlerhafte Ablaufannahme: Eine virtuelle Steuerung zählt ein Werkstück als abgelegt, obwohl der Ablageplatz bereits belegt ist. Beschreibe den logischen Fehler und entwickle eine geeignete Prüfbedingung für das Simulationsmodell.
Sicherheitsbewusstsein: Eine Robotersimulation zeigt keine Kollision. Begründe, weshalb daraus weder ein Nachweis der realen Schutzfunktionen noch eine Freigabe für den Betrieb einer realen Maschine folgt.

Bewertungskriterien: Fachlich korrekte Begründung, nachvollziehbare Annahmen, strukturierte Signalauswertung, kritische Betrachtung von Simulationsergebnissen und konsequente Einhaltung der Sicherheitsgrenzen.

Lernnachweis

Für einen erfolgreichen Lernnachweis solltest Du Folgendes vorlegen:

Bauartenvergleich: Eine fachlich richtige Gegenüberstellung von Knickarm, SCARA, Portal und Delta.
Anwendungsentscheidung: Eine begründete Roboterwahl für den Ausbildungsfall mit Angaben zu Arbeitsraum, Nutzlast, Orientierung und Dynamik.
Virtueller Zellaufbau: Eine beschriftete Skizze oder Screenshots des ausschließlich simulierten Projekts.
Signalprotokoll: Ein lesbarer Soll-Ist-Vergleich mindestens eines normalen und eines fehlerhaften Simulationsablaufs.
Diagnose: Eine schlüssige Erklärung für eine ausbleibende Prozessrückmeldung und eine geeignete logische Reaktion.
Transferleistung: Eine begründete Anpassung der Roboterauswahl bei geänderten Werkstückanforderungen.
Sicherheitsreflexion: Eine klare Erklärung, weshalb Simulationsergebnisse keine reale Sicherheitsfreigabe darstellen.
Quellenarbeit: Nachvollziehbare fachliche Quellen sowie korrekte Angaben zu verwendeten Medien und Lizenzen.

Nachweisformat: Digitales Ausbildungsportfolio mit kurzer Entscheidungsmatrix, Simulationsbildern, Signaldiagramm und Diagnoseprotokoll.

Es werden keine realen Fahrprogramme, Steuerungsverbindungen oder Versuche an ungesicherten Roboteranlagen verlangt.

OERs zum Thema

Wikipedia-Grundlagen:

Ergänzend:

Fachlich geprüfte Quellen

Die folgenden Quellen dienen zur fachlichen Einordnung. Herstelleraussagen über konkrete Leistungswerte gelten jeweils für die beschriebenen Modelle und dürfen nicht auf alle Roboter übertragen werden.

KUKA: Übersicht der Industrieroboterbauarten – Kinematik und typische Anwendungen.
ABB Robotics: Roboterportfolio – Knickarm, SCARA und Delta.
KUKA: SCARA-Roboter – Aufbau und Einsatzbereiche.
ABB: IRB 360 FlexPicker – Delta-Roboter für schnelle Handhabung.
igus: Portalroboter – Kartesische Bewegungsachsen und Anwendungsbeispiele.
ABB: RobotStudio – Virtuelle Roboterzellen und Offline-Programmierung.
ABB: RobotStudio-Tutorials – Virtuelle Controller, Signale und Simulation.
Coppelia Robotics: CoppeliaSim – Robotersimulation und Bildungsanwendungen.
DGUV: FAQ Robotik – Anforderungen und Grenzen der Robotersicherheit.

Die normativen Anforderungen an industrielle Roboter und Roboteranwendungen sind insbesondere Gegenstand der Normenreihe DIN EN ISO 10218. Maßgeblich sind die jeweils anwendbaren Fassungen und die konkrete Risikobeurteilung. Dieser Lernkurs ist weder eine Normenauslegung noch eine Anleitung zur sicherheitstechnischen Abnahme.

Mediennachweise und Nutzungsrechte

Die im Lerntext eingebundenen Bilddateien wurden über ihre Wikimedia-Commons-Dateiseiten auf Dateiname, Urheber und Lizenz geprüft.

Bilddatei und Nachweis	Urheber	Lizenz laut Commons
Robotic Welding Cell.jpg	WireCrafters	CC BY-SA 4.0
Industrial robots-transparent.gif	KUKA Roboter GmbH / Jo Teichmann	Gemeinfrei
Robot articulat.svg	EBatlleP	CC BY-SA 4.0
SCARA configuration.png	Nikola Smolenski	CC BY-SA 3.0
Scara.gif	Alexgace	CC BY-SA 3.0
Cartesian coordinate robot Diagram.png	Israel adilman	CC BY 4.0
Robot Portico tecno-840.jpg	Tecnowey	CC BY 3.0
Robot delta FlexPicker d'ABB.png	Marc Auledas	CC BY-SA 4.0
Delta.gif	Fridel Selitsky	CC0
Robotic simulation using Robcad software.jpg	Bridgeland Copyright	CC BY-SA 3.0
Welding robot system 001.png	Pipiamru	CC BY-SA 2.1 Japan

Lizenzhinweis: Für eine Weiterverwendung gelten die jeweiligen konkreten Lizenzbedingungen, einschließlich Namensnennung, Lizenzverweis und gegebenenfalls Weitergabe unter gleichen Bedingungen. Die Bilder wurden für diesen Kurs nicht verändert.

YouTube-Quellen:

KR AGILUS – KUKA Group.
KR SCARA – KUKA Group.
Cartesian Robot – KNK Tech.
IRB 365 FlexPicker – ABB Robotics.
RobotStudio Simple Tutorial – Roman Parak.

Die Videos werden als externe YouTube-Player eingebettet, nicht als frei lizenzierte Videodateien ausgegeben. Die Rechte verbleiben bei den jeweiligen Rechteinhabern. Eine Einbettung kann von den Einstellungen des Videoanbieters abhängen.