Reduzierung des Umkehrspiels eines KUKA KR 500-3 MT Industrieroboters

Abstract

Die Anforderungen an Industrieroboter im Bezug auf ihre Genauigkeit in Positionieraufgaben sind im letzten Jahrzehnt stark gestiegen. Deutliche Verbesserungen konnten durch den Einsatz von leistungsstarken Präzisionsgetrieben, beispielsweise von der Firma Nabtesco, erzielt werden. Sie meistern schnelle und genaue Positionieraufgaben mit einem minimalen Umkehrspiel von weniger als einer Winkelminute. Jedoch fordern manche spezielle Fachbereiche, wie im vorliegenden Fall die Oberflächenbearbeitung von Tiefziehformen für Karosserieteile der Daimler AG, noch größere Präzisionen. Selbst kleinste Ungenauigkeiten am Getriebe der ersten Roboterachse verursachen ein Umkehrspiel, welches aufgrund des langen Roboterarms des KUKA KR 500-3 MT zu relativ großen Positionierfehlern führt. Diese wirken sich negativ auf die Oberfläche der bearbeiteten Tiefziehformen aus. Aus diesem Grund wird in vorliegender Diplomarbeit nach Lösungsansätzen gesucht, die das Umkehrspiel dieses Roboters weiter reduzieren. Auf der einen Seite gibt es die Möglichkeit der äußeren Vorspannung. Dabei wird mit Hilfe von Zahnriemen, Keilriemen, Kette oder Seil das Karussell des Roboters permanent vorgespannt, um bei einer Richtungsumkehr keinen Leerlauf des Motors und ein damit verbundenes Spiel zuzulassen. Auf der anderen Seite könnten auch Änderungen am Robotergetriebe vorgenommen werden, um das Spiel direkt am Ursprung zu reduzieren und aufwändige äußere Konstruktionen zu vermeiden. Eine Auswahl an möglichen Lösungsvarianten wird in vorliegender Arbeit vorgestellt, ausgelegt und miteinander verglichen, um anschließend das beste Konzept auswählen und umsetzen zu können.

In the past few years industrial robots and especially their ability to operate precisely became more and more important. So far there are already some great improvements on the market, for example the precision gears from Nabtesco, which are used for rapid and precise positioning movements and have minimal backlash below one angular minute. Nevertheless, some operations require an even higher positioning accuracy like the machine hammer peening technology, which is used at the Daimler Company to smooth the surface of deep drawing molds for body parts. This technology is carried out by a large industrial robot (KUKA KR 500-3 MT) with its long robot arm which turns even little backlash into a major positioning problem, which leads to inaccuracies at the surface finishing. To prevent those problems this thesis searches for additional concepts to reduce the backlash of this specific industrial robot. On the one hand it is possible to add an external prestressing on the robot, for example with a gear or a fan belt, a chain or a rope. Those should help to reduce the lost motion of the drive motor of the robot when its direction is inverted. On the other hand it could also help to make alterations on the gear itself which would have the benefit of solving the backlash problem at its origin and it would also prevent complex additions. Various solutions to reduce the backlash will be gathered, discussed and calculated in this thesis to find the best concept, which is going to be realized at the end.