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Industrierobotik und virtuelle Roboterzellen – Roboterbewegungen im Simulator planen

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Industrierobotik und virtuelle Roboterzellen – Roboterbewegungen im Simulator planen

Ausbildungs-Lernkurs | Automatisierungstechnik, Mechatronik und Robotik

Schwerpunkt: Punktbewegung, bahnbezogene Bewegung, virtuelle Roboterzellen, Signalverläufe und Fehlerdiagnose.

Zielgruppe: Auszubildende in technischen Berufen

Lernzeit: Etwa 90–120 Minuten einschließlich Übungen

Einleitung

Abbildung: Beispiel einer virtuellen Fertigungsumgebung. Die Aufnahme zeigt eine ältere Simulationssoftware und dient zur Veranschaulichung des Prinzips.

Wie bewegt sich ein Industrieroboter zwischen verschiedenen Arbeitspositionen? Wann genügt eine Punktbewegung? Wann muss die Werkzeugspitze einer bestimmten Bahn folgen?

In diesem aiMOOC planst Du Bewegungen einer virtuellen Roboterzelle, untersuchst digitale Signale und diagnostizierst typische Programmierungsfehler.

Du arbeitest mit:

Virtuellen Roboterzellen und 3D-Modellen.
Punkt- und Bahnbewegungen.
Digitalen Ein- und Ausgangssignalen.
Diagnoseprotokollen und Simulationsergebnissen.

Verbindliche Sicherheitsgrenze

Alle praktischen Bewegungs-, Steuerungs- und Diagnoseaufgaben dieses Kurses finden ausschließlich in einer von realen Anlagen getrennten Offline-Simulation statt.

Es werden keine realen Roboter angesteuert, keine Programme an reale Steuerungen übertragen und keine Live-Fahrbefehle ausgeführt.

Ein ausdrücklich abgesicherter Schulungsbetrieb mit realer Hardware ist nur im Rahmen einer eigenständigen Gefährdungsbeurteilung, geeigneter Schutzeinrichtungen, betrieblicher Vorgaben und fachkundiger Aufsicht zulässig. Er ist nicht Bestandteil dieser Übungen.

Ein erfolgreiches Simulationsergebnis ist niemals eine Sicherheitsfreigabe für eine reale Roboteranlage.

Dein Lernweg

Einheit	Inhalt	Dauer
1	Virtuelle Roboterzelle verstehen	8 Minuten
2	PTP, LIN und CIRC unterscheiden	12 Minuten
3	Werkzeug und Koordinatensysteme	10 Minuten
4	Bewegungsfolge planen	15 Minuten
5	Virtuelle Signale auswerten	12 Minuten
6	Fehler erkennen und diagnostizieren	15 Minuten

Anschließend bearbeitest Du Basis-, Anwendungs- und Transferaufgaben sowie einen Lernnachweis.

Ausbildungsfall: Die virtuelle Roboterzelle VZ-01

Praxisbezug: Robotergestütztes Teilehandling. Die abgebildete Anlage ist nicht die fiktive Lernzelle VZ-01.

Dein Auftrag:

Ein virtueller sechsachsiger Roboter soll ein Werkstück aus einem Zuführnest aufnehmen, zu einer Prüfposition bringen und anschließend in einer Ablage ablegen.

Die Zelle VZ-01 ist ein fiktives Unterrichtsmodell. Alle Positionsnamen, Ereignisse und Signalwerte sind didaktische Beispieldaten und keine Vorgaben für eine reale Anlage.

Aufbau der virtuellen Anlage

Element	Bedeutung
START	Ausgangsposition
P	Werkstückaufnahme
P+	Position oberhalb der Aufnahme
K	Virtuelle Prüfposition
K+	Position oberhalb der Prüfung
A	Werkstückablage
A+	Position oberhalb der Ablage
H	Virtuelles Hindernis zwischen Arbeitsbereichen

Die Pluszeichen kennzeichnen hier ausschließlich höher liegende Annäherungspositionen im Unterrichtsmodell.

Arbeitsziel: Plane eine nachvollziehbare Bewegungsfolge, prüfe sie im Simulator und dokumentiere erkannte Fehler.

Lerneinheit 1: Die virtuelle Roboterzelle

Reale Roboterarbeitsplätze mit Umzäunung. Vergleiche die sichtbaren Bestandteile mit einer virtuellen Zelle.

Eine Roboterzelle umfasst nicht nur den Roboterarm. Werkzeuge, Werkstücke, Vorrichtungen, Sensoren und die Umgebung beeinflussen die Bewegungsplanung.

In einer Offline-Simulation können diese Komponenten als 3D-Modelle untersucht werden.

Video: Virtuelle Produktionsanlage

Quelle: KUKA – Offline robot programming with KUKA.Sim and virtual reality production line simulator.

Beobachtungsauftrag: Erkenne den Roboter, die Werkstückumgebung und mögliche Hindernisse.

Basisaufgabe 1

Öffne die von Deiner Lehrkraft bereitgestellte Offline-Simulationszelle oder untersuche eine entsprechende 3D-Abbildung.

Finde Roboterbasis, Werkzeug, Werkstück, Prüfposition und Hindernis.

Erfolgskriterium: Du kannst die fünf Bestandteile im Modell eindeutig zuordnen.

Feedback: Eine vollständige Zellbetrachtung ist notwendig, weil der Roboterarm nicht isoliert von Werkzeug und Umgebung geplant werden kann.

Lerneinheit 2: Punktbewegung und Bahnbewegung

Schematische Darstellung eines Roboters mit sechs Freiheitsgraden.

Bei der Roboterkinematik beeinflussen die Bewegungen der einzelnen Achsen die Position und Orientierung des Werkzeugs.

Drei Bewegungsarten

Bewegung	Prinzip	Typischer Einsatz
PTP / Joint	Zielpunkt über koordinierte Achsbewegungen erreichen; die räumliche TCP-Bahn ist nicht festgelegt	Wechsel zwischen Arbeitspositionen
LIN / Linear	Werkzeugbezugspunkt bewegt sich auf einer Geraden	Annäherung an ein Werkstück
CIRC / Circular	Werkzeugbezugspunkt folgt einem Kreisbogen	Bahngebundene Konturbewegung

Merksatz:

PTP legt das Ziel fest, aber keine bestimmte geradlinige Werkzeugbahn. LIN und CIRC beschreiben die Bahn des Werkzeugbezugspunkts.

Bei CIRC wird der Kreisbogen unter anderem durch einen Zwischenpunkt und einen Endpunkt bestimmt.

Video: Roboterbewegungen im Simulator

Quelle: RoboDK – Getting Started: Robot Movements.

Beobachte den Unterschied zwischen dem Verändern einzelner Achswinkel und dem Positionieren der Werkzeugspitze im gewählten Koordinatensystem.

Video: Achsbewegungen und virtuelle Steuerung

Quelle: ABB Robotics – RobotStudio Tutorial, Getting Started 2/5.

Beobachtungsauftrag: Vergleiche achsbezogene Bewegungen und lineare Bewegungen im virtuellen Modell.

Anwendungsaufgabe 2

Wähle die Bewegungsart für die folgenden Situationen.

Situation	Geeignete Bewegung
Wechsel zwischen freien Annäherungspositionen	PTP, nach geprüfter Wegplanung
Gerade Annäherung an eine Aufnahme	LIN
Fahrt entlang eines definierten Kreisbogens	CIRC

Feedback: Die Wahl richtet sich nach den Anforderungen an die Werkzeugbahn. Auch eine PTP-Bewegung muss auf mögliche Kollisionen entlang der gesamten Bewegung untersucht werden.

Lerneinheit 3: TCP und Koordinatensysteme

Fachabbildung zur Beziehung zwischen Roboterbasis, Flansch und Tool Center Point.

Der Tool Center Point (TCP) bezeichnet einen definierten Bezugspunkt am Werkzeug.

Ein Koordinatensystem beschreibt die Lage von Positionen und Orientierungen. Für die Bewegungsplanung sind besonders das Roboterbasissystem, ein Werkstückbezugssystem und das Werkzeugkoordinatensystem wichtig.

Video: Werkzeuge und Pfade erstellen

Quelle: ABB Robotics – RobotStudio Tutorial, Getting Started 3/5.

Beobachtungsauftrag: Finde heraus, warum ein korrekt definiertes Werkzeug und die passenden Bezugssysteme vor der Bahnplanung benötigt werden.

Basisaufgabe 3

Markiere in Deinem virtuellen Modell den vorgesehenen TCP und beschrifte das Werkstückbezugssystem.

Feedback: Ein falsch definierter TCP verschiebt die berechnete Werkzeugbahn. Ein unpassendes Bezugssystem verändert die Interpretation der Zielpositionen.

Lerneinheit 4: Eine Roboterbewegung planen

Beispiel eines Roboters mit bildverarbeitungsbasierter Qualitätsprüfung.

Plane jetzt den Ablauf für die Lernzelle VZ-01.

Die virtuelle Bewegungsfolge

Schritt	Virtuelle Aktion	Bewegungsart
Aufnahme vorbereiten	START nach P+	PTP
Annähern	P+ nach P	LIN
Greifen	Virtuellen Greifer schließen und Rückmeldung abwarten	Signalaktion
Abheben	P nach P+	LIN
Umsetzen	P+ nach K+	PTP
Prüfen	K+ nach K, virtuelles Prüfergebnis abwarten	LIN und Signalaktion
Zurückziehen	K nach K+	LIN
Zur Ablage	K+ nach A+	PTP
Ablegen	A+ nach A	LIN
Freigeben	Virtuellen Greifer öffnen und Rückmeldung abwarten	Signalaktion
Zurückziehen	A nach A+	LIN

Wichtig: Dies ist eine konzeptionelle Ablaufbeschreibung, kein ausführbares Roboterprogramm.

Die PTP-Abschnitte sind keine automatisch kollisionsfreien Fahrwege. Prüfe besonders das Hindernis H und plane nötigenfalls weitere Zwischenpositionen.

Video: Zielpunkte und Arbeitsbereiche

Quelle: ABB Robotics – RobotStudio Tutorial, Getting Started 4/5.

Anwendungsaufgabe 4

Baue die Bewegungsfolge in einer von der realen Anlage isolierten Simulation nach. Nutze ausschließlich virtuelle Ziele und virtuelle Ein- und Ausgänge.

Untersuche mit der Kollisionsprüfung, ob der geplante Weg mit dem Hindernis H oder einem anderen modellierten Objekt kollidiert.

Feedback: Ein erreichbarer Endpunkt beweist nicht, dass der gesamte Weg erreichbar und kollisionsfrei ist. Eine Simulation bewertet außerdem nur die modellierten Geometrien und Randbedingungen.

Lerneinheit 5: Signalverläufe und Ablaufsteuerung

Allgemeines Beispiel digitaler Anforderungs- und Bestätigungssignale. Es ist kein spezifischer Signalplan der Lernzelle.

Virtuelle Roboterzellen benötigen häufig eine Abstimmung von Bewegungen, Greifern und Sensoren.

Ein Digitalsignal besitzt im vereinfachten Modell zwei Zustände: 0 und 1.

Signale unserer virtuellen Zelle

Signal	Funktion
TeilDa	Sensor meldet ein Werkstück an der Aufnahme
GreiferZu_Befehl	Simulierter Ausgang zum Schließen des Greifers
GreiferZu_RM	Simulierter Eingang bestätigt den geschlossenen Greifer
PrüfOK	Simulierter Eingang meldet ein positives Prüfergebnis
SchrittWeiter	Interne Ablaufbedingung für den nächsten Simulationsschritt

SchrittWeiter ist keine sicherheitsgerichtete Freigabe.

Beispiel: Normaler Signalverlauf

Die Zeitpunkte t0 bis t6 bezeichnen aufeinanderfolgende Ereignisse, keine festgelegten Sekundenwerte.

Ereignis	TeilDa	GreiferZu_Befehl	GreiferZu_RM	PrüfOK	SchrittWeiter
t0: Ausgangslage	0	0	0	0	0
t1: Teil erkannt	1	0	0	0	0
t2: Schließen angefordert	1	1	0	0	0
t3: Greifer bestätigt	1	1	1	0	1
t4: Prüfung abgeschlossen	0	1	1	1	1
t5: Öffnen angefordert	0	0	1	1	0
t6: Öffnen bestätigt	0	0	0	1	1

Die Tabelle zeigt mehrere lokale Ablaufbedingungen. Ein Wert 1 bei SchrittWeiter bezeichnet nur den Fortgang des jeweiligen Simulationsschritts.

Interaktive Steuerungsaufgabe

Entscheidung: Der virtuelle Ausgang GreiferZu_Befehl wird auf 1 gesetzt. Die Rückmeldung GreiferZu_RM bleibt 0.

Was muss die Ablaufsteuerung im Unterrichtsmodell tun?

Wie reagiert der Ablauf auf eine ausbleibende Greiferbestätigung? (Den nächsten abhängigen Bewegungsschritt sperren und den Zustand diagnostizieren) (!Den Greifvorgang als erfolgreich markieren) (!Die fehlende Rückmeldung ignorieren) (!Die Simulation ohne Fehlerprotokoll abschließen)

Begründetes Feedback: Befehl und Rückmeldung beschreiben unterschiedliche Informationen. Der Befehl allein bestätigt keine erfolgreiche Greifaktion.

Lerneinheit 6: Fehlerdiagnose im Simulator

In virtuellen Fertigungsumgebungen können Bewegungsfolgen und mögliche Konflikte untersucht werden.

Diagnosefall A: Rückmeldung fehlt

Beobachtung	Simulierter Zustand
GreiferZu_Befehl	1
GreiferZu_RM	0
Prüfergebnis	Noch nicht vorhanden
Nächster Schritt	Gesperrt

Dein Auftrag: Prüfe den Fehler systematisch.

Vergleiche Sollwert und Istwert im virtuellen Signalmonitor.
Untersuche die Zuordnung der simulierten Ein- und Ausgänge.
Kontrolliere, ob das virtuelle Greifereignis ausgelöst wird.
Dokumentiere die Abweichung und teste nach der Korrektur erneut.

Feedback: Eine fehlende Rückmeldung kann im Modell beispielsweise durch eine falsche Signalzuordnung, eine fehlende Ereignisverknüpfung oder eine nicht erfüllte Greiferbedingung entstehen. Aus dem Signal allein ist die Ursache nicht eindeutig bestimmbar.

Diagnosefall B: Kollision im Modell

Eine PTP-Bewegung erreicht ihren vorgesehenen Zielpunkt, durchdringt während des simulierten Weges aber ein Hindernis.

Diagnose: Der Zielpunkt allein ist nicht das ausreichende Prüfkriterium.

Feedback: Überarbeite die Wegplanung, verwende gegebenenfalls geeignete Zwischenpositionen und kontrolliere den gesamten simulierten Bewegungsablauf erneut. Kontrolliere zusätzlich die Vollständigkeit der Kollisionsgeometrien.

Diagnosefall C: Linearbewegung nicht möglich

Eine Zielpose ist erreichbar, eine vorgegebene LIN-Bewegung wird jedoch mit einem Fehler zu Achsgrenzen oder Singularität abgebrochen.

Diagnose: Die Erreichbarkeit einer einzelnen Pose bedeutet nicht automatisch, dass eine gewünschte kartesische Bahn ausführbar ist.

Feedback: Untersuche im Simulator die Roboterkonfiguration, die Zielorientierung, die Achsgrenzen und mögliche Singularitäten. Ändere ausschließlich das virtuelle Bewegungsmodell und prüfe erneut.

Gestufte Hilfen

Nutze die Hilfen nacheinander. Versuche zuerst, die Aufgabe selbstständig zu lösen.

Stufe	Hilfe
Hilfe 1: Orientierung	Welche Bewegung, welcher Zielpunkt oder welches Signal ist betroffen?
Hilfe 2: Zusammenhang	Vergleiche geplante Bahn, tatsächlichen Simulationsverlauf und Signalzustände.
Hilfe 3: Lösungsweg	Ändere genau eine virtuelle Planungsvariable, wiederhole den Test und halte das Ergebnis fest.

Diagnoseregel: Beobachtung → Vermutung → Simulationstest → Ergebnis → begründete Korrektur.

Basis-, Anwendungs- und Transferaufgaben

Basisniveau

Aufgabe	Erwartung und begründetes Feedback
B1: Erkläre den Unterschied zwischen PTP und LIN.	PTP plant im Achsraum, LIN eine geradlinige TCP-Bahn. Deshalb eignet sich LIN, wenn eine gerade Werkzeugbahn benötigt wird.
B2: Beschreibe den TCP.	Er ist der definierte Werkzeugbezugspunkt. Eine falsche Definition verändert die geplante Werkzeugbahn.
B3: Ordne Befehl und Rückmeldung zu.	Der Befehl fordert eine Aktion an, die Rückmeldung beschreibt den gemeldeten Zustand. Beides darf nicht gleichgesetzt werden.

Anwendungsniveau

Aufgabe	Erwartung und begründetes Feedback
A1: Plane eine PTP- und LIN-Folge für die Werkstückaufnahme.	PTP führt zu einer geeigneten Annäherungsposition; LIN übernimmt die geradlinige Annäherung. Die Gesamtbahn bleibt auf Kollisionen zu prüfen.
A2: Diagnostiziere eine fehlende Greiferquittung.	Untersuche virtuelle Ausgangsaktion, Eingangszuordnung und Sensorereignis. Eine einzelne Beobachtung beweist noch keine Fehlerursache.
A3: Vergleiche zwei virtuelle Bewegungsfolgen.	Nutze erreichbare Punkte, Bahnverlauf, Kollisionsmeldungen und simulierte Zykluszeiten. Die kürzeste Zeit allein bestimmt nicht die beste Planung.

Transferniveau

Aufgabe	Erwartung und begründetes Feedback
T1: Ergänze eine bogenförmige Prüfbewegung.	Plane einen CIRC-Abschnitt mit Zwischen- und Endpunkt. Eine einzelne Kreisbogensequenz beschreibt keinen vollständigen Kreis.
T2: Verändere die Lage des virtuellen Werkstücks.	Passe das Werkstückbezugssystem oder die Zielpunkte konsistent an. Dadurch bleibt die Planung nachvollziehbar.
T3: Bewerte den erfolgreichen Simulationstest.	Er zeigt nur Ergebnisse unter den Modellannahmen. Er ersetzt keine reale Risikobeurteilung, Sicherheitsprüfung oder Inbetriebnahmefreigabe.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was kennzeichnet eine PTP-Bewegung? (Das Erreichen einer Zielposition über koordinierte Achsbewegungen) (!Eine garantierte gerade Werkzeugbahn) (!Eine vollständige Kreisbewegung) (!Eine Bewegung ohne Achsänderungen)

Welche Bewegungsart beschreibt eine geradlinige TCP-Bahn? (LIN) (!PTP) (!Freie Achsbewegung) (!Greifersignal)

Welche Bewegungsart wird für einen definierten Kreisbogen verwendet? (CIRC) (!PTP) (!Signalabfrage) (!Referenzwechsel)

Was bezeichnet der Tool Center Point? (Einen definierten Bezugspunkt am Werkzeug) (!Die Position der Robotersteuerung) (!Den Mittelpunkt der Fertigungshalle) (!Den Eingang einer Schutzeinrichtung)

Wofür wird ein Werkstückkoordinatensystem benötigt? (Zur Beschreibung von Positionen relativ zum Werkstück) (!Zur automatischen Sicherheitsfreigabe) (!Zum Ersatz aller Sensoren) (!Zur mechanischen Verriegelung der Roboterachsen)

Welche Eigenschaft muss bei einer virtuellen Roboterbewegung überprüft werden? (Der gesamte simulierte Bewegungsweg) (!Nur die Farbe des Roboters) (!Ausschließlich der Name des Zielpunktes) (!Nur die Reihenfolge der Dateinamen)

Was bedeutet eine ausbleibende Greiferbestätigung im Beispielablauf? (Der Greifzustand ist nicht bestätigt) (!Das Werkstück wurde sicher gegriffen) (!Die gesamte Anlage ist freigegeben) (!Die Bewegung wurde erfolgreich abgeschlossen)

Welches Vorgehen unterstützt die virtuelle Fehlerdiagnose? (Sollzustand und beobachteten Istzustand vergleichen) (!Warnungen grundsätzlich ignorieren) (!Sämtliche Signale gleichzeitig verändern) (!Nur den Programmnamen austauschen)

Was bedeutet eine Kollisionsmeldung im Simulator? (Im geprüften Modell wurde eine Kollision erkannt) (!Die reale Anlage hat bereits eine Kollision verursacht) (!Die Bewegungsplanung ist vollständig abgeschlossen) (!Der Roboter ist sicherheitstechnisch freigegeben)

Welche Aussage zur Simulation ist fachlich richtig? (Ein Simulationstest ersetzt keine Sicherheitsfreigabe) (!Eine Simulation garantiert die Sicherheit einer realen Anlage) (!Ein erreichbarer Zielpunkt beweist die Kollisionsfreiheit aller Bewegungen) (!Virtuelle Signale sind automatisch sicherheitsgerichtete Signale)

Memory

Verbinde die Fachbegriffe mit den passenden Erklärungen.

PTP	Achsorientierter Wechsel zu einem Zielpunkt
LIN	Gerade Bahn des Werkzeugbezugspunkts
CIRC	Kreisförmiger Bahnabschnitt durch einen Zwischenpunkt
TCP	Definierter Bezugspunkt am Werkzeug
Greiferquittung	Bestätigung einer angeforderten Greiferstellung
Kollisionskontrolle	Untersuchung von Überschneidungen im virtuellen Modell
Offlinebetrieb	Arbeiten ohne Ansteuerung einer Produktionsanlage

Drag and Drop

Ordne jeder Funktion den passenden Begriff zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Punktbewegung	Achsbezogene Zielanfahrt
Linearbewegung	Geradlinige Werkzeugbahn
Kreisbewegung	Bahnführung über einen Bogen
Werkzeugbezugspunkt	Definierte Position am Greifwerkzeug
Eingangssignal	Meldung eines virtuellen Sensors
Ausgangssignal	Anforderung einer virtuellen Aktion
Fehlerprotokoll	Dokumentation einer beobachteten Abweichung

Kreuzworträtsel

Greifer	Welches Werkzeug kann ein Werkstück aufnehmen und halten?
Sensor	Welches Bauteil meldet beispielsweise das Vorhandensein eines Werkstücks?
Kollision	Wie nennt man das unerwünschte Zusammentreffen von Objekten?
Werkzeug	An welchem Element wird der TCP definiert?
Simulation	Wie heißt die rechnergestützte Nachbildung einer Anlage?
Linearbahn	Wie bezeichnet man eine geradlinige Werkzeugbewegung?

LearningApps

Weitere interaktive Übungen kannst Du über die thematische LearningApps-Suche finden. Die Treffer sind externe Angebote und werden hier nicht als fachlich geprüft vorausgesetzt.

Lückentext

Beim

wird ein Roboterprogramm unabhängig von der realen Produktionsanlage erstellt.

Eine virtuelle Roboterzelle bildet eine Anlage in einer

ab.

Bei einer PTP-Bewegung steht das Erreichen des

im Vordergrund.

Eine geradlinige Werkzeugbahn bezeichnet man als

Bewegung.

Eine Bewegung entlang eines Kreisbogens wird als

bezeichnet.

Der Werkzeugbezugspunkt heißt abgekürzt

.

Ein Werkstückbezugssystem beschreibt Positionen relativ zum

.

Ein digitales Eingangssignal kann eine virtuelle

darstellen.

Ein digitales Ausgangssignal kann das Schließen eines

anfordern.

Nach dem Greiferbefehl muss die zugehörige

geprüft werden.

Eine virtuelle Kollisionsprüfung untersucht mögliche

im Modell.

Eine erfolgreiche Simulation ersetzt niemals die

einer realen Anlage.

Offene Aufgaben

Bearbeite zwölf Aufgaben. Verwende ausschließlich virtuelle Daten, frei verwendbare Darstellungen und Simulationsergebnisse.

Leicht

Roboterbestandteile: Erstelle eine beschriftete Zeichnung der virtuellen Roboterzelle mit Basis, Achsen, Werkzeug und Werkstück.
Bewegungsvergleich: Zeichne eine mögliche PTP-Bahn und eine LIN-Bahn. Erkläre den entscheidenden Unterschied.
Werkzeugbezug: Markiere den vorgesehenen TCP in einer Skizze und erläutere seine Funktion.
Signalkarten: Gestalte vier Lernkarten zu virtuellen Ein- und Ausgangssignalen.

Standard

Bewegungsprogramm: Plane die komplette Werkstückbewegung zwischen Aufnahme, Prüfung und Ablage in einer Offline-Simulation.
Simulationsvergleich: Untersuche zwei virtuelle Routen und dokumentiere Kollisionsmeldungen sowie erreichbare Zielpositionen.
Signaldiagramm: Zeichne den zeitlichen Verlauf von Greiferbefehl und Rückmeldung für einen normalen Simulationszyklus.
Diagnosevideo: Erstelle eine kurze Bildschirmaufnahme, in der Du eine virtuelle Fehlermeldung erklärst und Deine Diagnose begründest.

Schwer

Bahnoptimierung: Vergleiche zwei virtuelle Bewegungsfolgen hinsichtlich Bahnverlauf, Erreichbarkeit und simulierter Zykluszeit.
Kreisförmige Prüfbewegung: Ergänze einen geeigneten CIRC-Abschnitt und untersuche die Auswirkungen auf die virtuelle Bahn.
Fehlerszenario: Entwickle einen virtuellen Greiferfehler mit ausbleibender Rückmeldung, dokumentiere ihn und teste eine begründete Korrektur.
Modellkritik: Erstelle eine Präsentation darüber, welche Eigenschaften der realen Anlage ein vereinfachtes Simulationsmodell nicht zuverlässig nachbildet und welche zusätzlichen Prüfungen deshalb erforderlich wären.

Lernkontrolle

Die Aufgaben prüfen Zusammenhänge und Transferleistungen.

Bewegungsentscheidung: Erkläre, warum der Wechsel zwischen freien Annäherungspositionen anders geplant werden kann als die direkte Annäherung an ein Werkstück.
Bahnfehler: Eine Position ist erreichbar, die lineare Bahn jedoch nicht. Formuliere mindestens zwei plausible Ursachen und geeignete Simulationstests.
Ablaufdiagnose: Die Greiferrückmeldung bleibt trotz Schließbefehl aus. Entwickle eine Diagnoseabfolge, ohne die Ursache vorwegzunehmen.
Wegbewertung: Zwei simulierte Bewegungsfolgen benötigen unterschiedlich viel Zeit. Begründe, warum die schnellere Variante nicht automatisch vorzuziehen ist.
Werkstückänderung: Das virtuelle Werkstück wird versetzt. Beschreibe, wie sich dadurch Bezugssysteme und Zielpositionen verändern können.
Sicherheitsbewertung: Begründe anhand konkreter Modellgrenzen, warum eine kollisionsfreie Simulation keine reale Sicherheitsfreigabe darstellt.

Lernnachweis

Erstelle eine digitale Dokumentation Deiner virtuellen Roboterzelle.

Bestandteil	Nachweis
Zellenübersicht	Beschriftete Darstellung von Roboter, Werkzeug, Werkstück, Prüfposition und Hindernissen
Bewegungsplanung	Bewegungsfolge mit begründeter Auswahl von PTP und LIN
Bahnbezogene Bewegung	Erläuterung der Einsatzmöglichkeit einer CIRC-Bewegung
Koordinatensysteme	Angabe des verwendeten TCP und der relevanten Bezugssysteme
Signaldokumentation	Signalverlauf mit Greiferbefehl und Rückmeldung
Diagnose	Dokumentierter virtueller Fehler mit Hypothese, Test und Ergebnis
Reflexion	Bewertung der Modellgrenzen und ausdrückliche Abgrenzung zur realen Sicherheitsfreigabe

Bewertungskriterien: Technische Richtigkeit, nachvollziehbare Planung, strukturierte Diagnose, begründete Entscheidungen und konsequente Einhaltung der Simulatorgrenze.

Ein vollständiger Lernnachweis dokumentiert Lernergebnisse. Er stellt keine betriebliche Einsatz- oder Sicherheitsfreigabe dar.

Fachquellen und Medienrechte

Geprüfte fachliche Grundlagen

Die folgenden Herstellerdokumentationen und Norminformationen dienen zur fachlichen Vertiefung. Die Beispiele dieses Kurses sind herstellerneutral vereinfacht.

RoboDK: Robot Programs – Gelenk-, Linear- und Kreisbewegungen sowie Bezugssysteme und virtuelle Signale.
RoboDK: Collision Detection – Kollisionsprüfung und Grenzen geometrischer Modelle.
ABB Robotics: RobotStudio-Tutorials – Virtuelle Steuerungen, Zielpositionen und Bahnplanung.
KUKA: Simulationstutorials – Digitale Roboterzellen und Offline-Simulation.
ISO 10218-2:2025 – Sicherheitsanforderungen für Industrieroboteranwendungen und Roboterzellen. Der frei zugängliche Überblick ersetzt nicht den vollständigen Normtext.
Wikipedia: Industrieroboter – Grundlagen, Einsatzbereiche und Programmierung.

Wikimedia-Commons-Abbildungen

Alle verwendeten Dateien besitzen auf Wikimedia Commons eine angegebene freie Lizenz. Beachte die jeweiligen Bedingungen für Namensnennung und gegebenenfalls Weitergabe unter gleichen Bedingungen.

Datei	Urheber	Lizenz
Robotic simulation using Robcad software.jpg	Bridgeland Copyright	CC BY-SA 3.0
IMAG0582.jpg	Rajandatta	CC BY-SA 3.0
6 Degree-of-Freedom Robot Diagram.png	Israel adilman	CC BY 4.0
TCP calibration reference frames.png	Leifeng Zhang, Changle Li, Yilun Fan, Xuehe Zhang und Jie Zhao	CC BY 4.0
Robot industrial Kuka Movicontrol.png	Movicontrol	CC BY-SA 4.0
2 and 4 phase handshakes.svg	Sam Fok	CC BY-SA 4.0
Robot arm picks up cylindrical objects in a factory setting.jpg	Shixart1985 / Nenad Stojković	CC BY 2.0

Die Abbildungen wurden unverändert eingebunden und sind didaktische Anschauungsbeispiele. Sie zeigen nicht die fiktive Lernzelle VZ-01.

Videos und Nutzungsrechte

Die eingebetteten Videos stammen aus den veröffentlichten Angeboten von ABB Robotics, KUKA und RoboDK.

Die Einbettung erfolgt über den YouTube-Player. Eine Einbettung bedeutet nicht, dass diese Videos als frei lizenzierte OER veröffentlicht wurden. Die Rechte verbleiben bei den jeweiligen Rechteinhabern. Weiterverbreitung oder Bearbeitung außerhalb der geltenden Nutzungsrechte ist nicht Bestandteil dieses Kurses.

Die Hersteller-Videos werden ausschließlich für das Beobachten virtueller Modellierung und Bewegungsplanung eingesetzt. Eine darin gegebenenfalls dargestellte Übertragung an reale Anlagen gehört ausdrücklich nicht zum Arbeitsauftrag.