Die Programmierung von KUKA-Robotern ist die Erstellung eines Programms in KRL (KUKA Robot Language), das von einer Robotersteuerung KR C4 oder KR C5 mit der KUKA System Software (KSS) ausgeführt wird. Punkte und Bewegungen werden am smartPAD eingelernt, die Konfiguration der Steuerung, des Industrienetzwerks und der Signale erfolgt in der Umgebung WorkVisual. Wer einsteigen möchte, sollte alle drei Werkzeuge kennenlernen, denn jedes ist für einen anderen Teil des Projekts zuständig.
Worum geht es bei der Programmierung von KUKA-Robotern?
Die Programmierung von KUKA-Robotern gliedert sich in drei Ebenen: das Bewegungs- und Logikprogramm in KRL, das Einlernen der Punkte am Roboter über das smartPAD und die Konfiguration des gesamten Systems in WorkVisual. Der Roboter arbeitet erst dann korrekt, wenn alle drei Ebenen zueinander passen.
| Werkzeug | Wofür es dient | Wann man am meisten darin arbeitet |
|---|---|---|
| KRL | Programmiersprache: Bewegungen, Logik, Signal- und Fehlerbehandlung | beim Schreiben des Programms, offline und vor Ort |
| smartPAD | Bedienpanel: manuelles Verfahren, Einlernen von Punkten, Bewegungsformulare, Diagnose | in der Halle, bei der Inbetriebnahme und in der Instandhaltung |
| WorkVisual | Konfiguration von Steuerung, Industrienetzwerk, Signalen und Sicherheit, Bearbeitung und Vergleich des Projekts | vor der Inbetriebnahme und bei jeder Änderung der Hardware |
Diese Aufteilung erklärt, warum ein Roboterbediener, der nur das Panel kennt, eine neue Zelle nicht allein in Betrieb nehmen kann. Er ändert einen Punkt oder eine Geschwindigkeit, konfiguriert aber weder den Datenaustausch mit der SPS noch überträgt er die Änderungen in das Projektarchiv.
Was ist KRL, die Programmiersprache der KUKA-Roboter?
KRL ist die textbasierte Programmiersprache der KUKA-Roboter mit Prozeduren, Funktionen, Schleifen, Bedingungen und Interrupts. Jedes Programm besteht aus zwei Dateien: Die SRC-Datei enthält den Code, die DAT-Datei die Programmdaten, darunter die gespeicherten Punktpositionen.
Die Roboterbewegung beschreiben die Befehle PTP (Punkt-zu-Punkt: am schnellsten, aber ohne Kontrolle der Werkzeugbahn), LIN (linear) und CIRC (Kreisbahn). Ihre Spline-Entsprechungen SPTP, SLIN und SCIRC erlauben es, das Werkzeug auf einer gleichmäßigen Bahn zu führen, was beim Kleben, Dichten und Schweißen wichtig ist.
Einfache Bewegungen und Befehle werden am smartPAD mit fertigen Formularen (Inline-Formulare) ohne Code programmiert. Jedes Formular speichert einen KRL-Befehl in der SRC-Datei und die Punktposition in der DAT-Datei. Komplexere Logik, etwa die Auswahl des Bauteiltyps, die Fehlerbehandlung oder die Kommunikation mit übergeordneten Systemen, entsteht dagegen als von Hand geschriebener KRL-Code.
Viele schwer zu findende Störungen entstehen dadurch, dass die Steuerung Bewegungen vorausplant (Vorlauf, advance run). Dadurch fährt der Roboter mit Überschleifen flüssig durch die Punkte, doch Logikbefehle, die neben einer Bewegung stehen, werden ausgeführt, bevor der Arm sein Ziel erreicht hat. Ein auf diese Weise gesendetes Signal „Greifer öffnen“ kann einige Millimeter vor dem Ziel auslösen, weshalb KRL für Schaltungen an einer bestimmten Stelle der Bahn die Befehle TRIGGER bietet. Die Wahl der Überschleifwerte und der Schaltpunkte entscheidet zugleich über die Zykluszeit und die Wiederholbarkeit des Prozesses.
Die Robotersprachen unterscheiden sich je nach Hersteller: KUKA hat KRL, ABB RAPID und Fanuc TP (Teach Pendant). Ein für eine Marke geschriebenes Programm läuft nicht auf der Steuerung einer anderen.
Wofür dient das smartPAD bei der Programmierung eines KUKA-Roboters?
Das smartPAD ist das Bedienpanel des KUKA-Roboters, also ein Teach Pendant: Mit ihm verfährt man den Roboter manuell, lernt Punkte ein, startet Programme und führt Diagnosen durch. Das Panel hat ein 8,4-Zoll-Touchdisplay und optional eine 6D-Maus, mit der sich der Arm in mehreren Achsen gleichzeitig bewegen lässt.
Beim Einlernen der Punkte arbeitet der Roboter im Handbetrieb. Die KUKA-Steuerung kennt vier Betriebsarten:
- T1: Handbetrieb mit reduzierter Geschwindigkeit, höchstens 250 mm/s, zum Einlernen von Punkten und zum Testen des Programms;
- T2: Handbetrieb mit Programmgeschwindigkeit, zur Prüfung des Programms im realen Tempo;
- AUT: Automatikbetrieb, gesteuert vom Panel;
- AUT EXT: Automatikbetrieb, bei dem Programmwahl und Start von der SPS der Linie kommen.
Bevor der erste Punkt entsteht, müssen die Koordinatensysteme des Roboters vermessen sein. Das Werkzeug (TCP, also der Arbeitspunkt eines Greifers, Brenners oder einer Düse) wird zum Beispiel mit der Methode XYZ 4-Punkt vermessen: Mit der Werkzeugspitze fährt man dieselbe Stelle aus vier verschiedenen Richtungen an. Das Basiskoordinatensystem (BASE) einer Vorrichtung oder eines Förderers wird mit drei Punkten vermessen.
Die Punkte des Programms werden relativ zu diesen Systemen gespeichert. Wird eine Vorrichtung nach Jahren versetzt, korrigiert man eine Basis statt mehrerer Dutzend Punkte. Ein Fehler bei der Vermessung wirkt umgekehrt: Er verschiebt alle Positionen auf einmal, sodass der Roboter bei jeder Bewegung neben das Ziel fährt.
Was geschieht in WorkVisual bei der Programmierung von KUKA-Robotern?
WorkVisual ist die Engineering-Umgebung von KUKA zur Konfiguration, Programmierung, Inbetriebnahme und Diagnose von Steuerungen mit KSS. Man arbeitet darin offline, an einem Projekt, das anschließend auf die Steuerung übertragen wird, und online, bei der Diagnose einer laufenden Zelle.
In WorkVisual entsteht das, was sich allein am Panel nicht vorbereiten lässt:
- Konfiguration des Industrienetzwerks: PROFINET, PROFIBUS, EtherCAT, EtherNet/IP oder DeviceNet, je nach Linie;
- Zuordnung der Ein- und Ausgänge: Zuweisung der Signale aus dem Netzwerk zu den Variablen des Roboterprogramms;
- Sicherheit über das Netzwerk: ProfiSafe, CIP Safety oder FSoE, also Sicherheitssignale, die mit einer Fail-Safe-SPS ausgetauscht werden;
- Bearbeitung von KRL-Programmen und der in der Steuerung installierten Technologiepakete.
Das größte Risiko auf dieser Ebene ist eine Abweichung zwischen dem Projekt in der Steuerung und dem Archiv. Ein Roboterbediener ändert ein Signal in der Halle, aktualisiert die Kopie aber nicht, und bei der nächsten Änderung spielt jemand ein älteres Projekt auf, sodass die Station ihre funktionierende Konfiguration verliert. Davor schützt der Vergleich: WorkVisual stellt das Offline-Projekt der Version in der Steuerung gegenüber und zeigt Konflikte vor dem Übertragen an.
Ein aktuelles WorkVisual-Projekt ist die Voraussetzung dafür, dass die Instandhaltung die Station nach einem Steuerungsausfall sicher wiederherstellen kann.
Ein KRL-Programm lässt sich auch ohne Roboter vorbereiten und testen. KUKA.Sim dient zur Simulation der Zelle, der Reichweiten, der Kollisionen und der Zykluszeit, und KUKA.OfficeLite ist eine virtuelle Steuerung mit der originalen Panel-Oberfläche und der KRL-Syntax, mit der sich ein Programm auf jedem Computer prüfen lässt. Diese Methode nennt man Offline-Programmierung.
Sie suchen einen erfahrenen Integrator für KUKA-Roboter? Sprechen Sie uns an, wir schreiben das KRL-Programm und nehmen den Roboter vor Ort in Betrieb.
Wie beginnt man mit der Programmierung von KUKA-Robotern?
Die Programmierung von KUKA-Robotern beginnt mit der Sicherheit und der Bedienung des Roboters im Handbetrieb, nicht mit dem Schreiben von Code. Jede weitere Fähigkeit baut auf den vorherigen auf, deshalb kommt es auf die Reihenfolge an:
- Sichere Bedienung und Betriebsarten: Handbetrieb in T1, Stopps, Regeln für die Arbeit in der Zelle.
- Koordinatensysteme und Vermessung: WORLD, BASE und TOOL, Vermessung von Werkzeug und Basis, Prüfung der Mastering, also der Übereinstimmung der Achspositionen mit der Steuerung.
- Bewegungen in Formularen: PTP, LIN und CIRC, Einlernen und Korrigieren von Punkten, Geschwindigkeiten und Überschleifen.
- KRL im Editor: Aufbau der SRC- und DAT-Dateien, Unterprogramme, Schleifen, Interrupts, Fehlerbehandlung.
- WorkVisual und SPS-Integration: Netzwerkkonfiguration, Signalzuordnung, Betrieb in AUT EXT.
Dieselbe Aufteilung verwendet das KUKA College. Der Kurs Robot Programming 1 vermittelt die Grundlagen: Programmierung von Bewegungen, Logikfunktionen und KRL. Robot Programming 2 vertieft KRL, die Arbeit in WorkVisual und die Kollisionsvermeidung. Ein eigener Kurs für Integratoren (KR C4 Basics) konzentriert sich auf die Inbetriebnahme des Systems und die Netzwerkkonfiguration in WorkVisual.
Für ein Werk hat die Frage „Wo fange ich an?“ auch eine zweite Seite: Wer soll programmieren? Einem Instandhaltungsteam genügen in der Regel die ersten drei Stufen der Liste, um Punkte zu korrigieren, den Zyklus nach einer Störung neu zu starten und Meldungen zu lesen. Für eine neue Zelle ist der gesamte Umfang nötig, dazu die Kenntnis des Standards des Auftraggebers. Automobilkonzerne beschreiben in ihren Spezifikationen eine eigene Struktur der Roboterprogramme und eine eigene Belegung der Signale von der SPS, deshalb besteht ein nach eigenem Muster geschriebenes Programm die Abnahme nicht.
Der teuerste Fehler am Anfang ist es, eine neue Zelle allein mit jemandem in Betrieb zu nehmen, der nur das Panel kennt: Die Korrekturen verlagern sich dann in den Anlauf der Linie, wenn jede Stunde Stillstand am meisten kostet.
Nach dem Standard Daimler Powertrain haben wir KUKA-Roboter auf der Produktionslinie des Elektromotors eATS2.0 programmiert, und auf der Montagelinie für Elektromotoren für BMW haben wir sie mit Bildverarbeitungssystemen, Antrieben und einer Presse integriert.
Ändert sich die Programmierung bei KR C5 und iiQKA.OS2?
Die Sprache ändert sich nicht. KUKA führt das neue Betriebssystem iiQKA.OS2 zusammen mit der Steuerung KR C5 ein, und laut Hersteller baut die neue Software auf dem KSS-Kern auf und ist vollständig KRL-kompatibel.
Es ändern sich die Werkzeuge rund um das Programm. Für Steuerungen mit iiQKA.OS2 dienen das Panel smartPAD pro mit 10,1-Zoll-Display und die Umgebung iiQWorks, die nur für das neue System verfügbar ist. Mit KSS arbeitet man weiterhin in WorkVisual und KUKA.Sim.
Für ein Werk mit Robotern an der KR C4 bedeutet das zweierlei:
- bestehende Stationen mit KSS können weiterlaufen, der Hersteller verlangt keinen Wechsel auf das neue System;
- bei einer neuen Linie oder einer Modernisierung muss vorab festgelegt werden, auf welchem System die Zelle entsteht, denn davon hängen die Werkzeuge und die Schulung des Teams ab.
Neben KUKA programmieren wir auch Roboter von ABB und Fanuc. Einen Vergleich der Anbieter aus Sicht eines Werks finden Sie im Beitrag Welchen Anbieter von Industrierobotern sollte man für das eigene Werk wählen?.
Sie nehmen Zellen mit KUKA-Robotern auf Ihrer Linie in Betrieb? Als Integrator erstellen wir die Konfiguration in WorkVisual und nehmen die Zellen vor Ort in Betrieb.
FAQ
Quellen
- KUKA, KUKA.WorkVisual (Konfiguration, Programmierung, Inbetriebnahme und Diagnose, unterstützte Netzwerke): https://www.kuka.com/en-de/products/robot-systems/software/system-software/kuka_systemsoftware/kuka_work-visual
- KUKA, smartPAD und smartPAD pro (Bedienpanels, Inline-Formulare): https://www.kuka.com/en-de/products/robotics-systems/robot-controllers/smartpad
- KUKA, KUKA.OfficeLite (virtuelle Steuerung): https://www.kuka.com/en-gb/products/robotics-system/software/simulation-planning-optimization/kuka_officelite
- KUKA, iiQKA.OS2 FAQ (KRL-Kompatibilität, Werkzeuge für KSS und iiQKA.OS2): https://www.kuka.com/en-de/products/robot-systems/software/system-software/iiqkaos2-operating-system-industrial-robots/iiqka_os2_faq
- KUKA College Austria (Kurse Robot Programming 1 und 2, KR C4 Basics for Integrators): https://www.kuka.com/en-at/services/kuka-college/kuka-college-austria
- KUKA, Programmieranleitung KSS (Programmaufbau: SRC- und DAT-Dateien).
