Nachwuchsforschergruppe "Weiterentwicklung zukunftsorientierter Technologien am Beispiel eines Leichtbauroboters"






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Nachwuchsforschergruppe "Weiterentwicklung zukunftsorientierter Technologien am Beispiel eines Leichtbauroboters"

Motivation

Aufgrund der Notwendigkeit zur Kostenoptimierung in Produktion und Fertigung stieg der Grad der Automatisierung innerhalb der letzten Jahrzehnte fortlaufend an. Oftmals wurde dies durch den Einsatz von Industrierobotern realisiert. Diese zeichnen sich durch eine deutliche Produktivitätssteigerung bei kleineren Fertigungstoleranzen und einer damit verbundenen Qualitätssteigerung aus.
 
Infolge verbesserter Strategien in der Produktion und neuer Herstellungsverfahren sind deutlich geringere Taktzeiten bei Fertigungsprozessen möglich geworden. Oftmals bestimmt jedoch nicht mehr der Prozess die benötigte Taktzeit, sondern die Produkt(e)zufuhr sowie der Abtransport des gefertigten Guts. Hervorgerufen werden diese den Prozess maßgeblich verlangsamenden Transportzeiten durch das begrenzte Beschleunigungsvermögen sowie die maximalen Verfahrgeschwindig­keiten der einzelnen Arme der Industrieroboter. Dies liegt begründet in den hohen Massenträgheiten der bewegten Teile und der begrenzten Performance der Antriebe sowie der Leistungselektronik. Neben dem Handling werden Industrieroboter häufig unterstützend bei körperlich zu anstrengenden Arbeitsprozessen, wie beispielsweise der Montage von schweren Bauteilen, mittels sensorgeführten Roboterbewegungen, genutzt. Bei diesen Mensch-Maschine-Interaktionen (MMI) steht die kostengünstige Umsetzung dieser zusätzlichen Steuerungskomponenten im Vordergrund. Vorhandene Roboter­lösungen bieten hier eine oft nur unzureichende Integrierbarkeit von zusätzlichen externen Sensoren an.

Mit Hilfe zukunftsweisender Technologien und moderner Methoden lässt sich unter Vereinigung der vorhandenen Disziplinen für das Beispiel eines Leichtbauroboters ein Produkt entwickeln, das für kommende Fertigungs-, Handlings- und MMI-Aufgaben nutzbar ist.

Zielstellung

Innerhalb des angestrebten Forschungsprojektes sollen zukunftsweisende, aktuelle Technologien (CFK-Leichtbauelemente mit integrierter Sensorik und Aktorik) mit modernen Methoden der Steuerungs- und Regelungstechnik vereint werden. Dadurch ergeben sich im Vergleich leichtere, mechatronische Komponenten, deren Nachteile (Verformung unter Last und Bewegung) sich durch aufwändige Regelungen mit der weitgehend integrierten, preiswerten Sensorik zum großen Teil kompensieren lassen.

Diese modularen Komponenten lassen sich dann zu Handlinggeräten bzw. Robotern beliebiger Bauart kombinieren, wobei auch hier die integrierte (DMC) und diskrete Sensorik durch zusätzliche Regelungs- und Steuerungsmaßnahmen zur Dämpfung und Bewegungskorrektur des mechatronischen Systems genutzt wird.
 
Durch eine wesentliche Erhöhung der Drehmoment- bzw. Kraftdichte kann die Baugröße der Aktuatoren vermindert und gleichzeitig das Drehmoment bzw. die Leistung der Antriebe erhöht werden. Hierzu wird der Einfluss neuester Werkstoffe und Fertigungstechnologien auf den Entwurf des elektromagnetischen Energiewandlers untersucht.

Die Möglichkeiten und Grenzen dieser modularen Leichtbauarme sollen durch eine Analyse und Auswahl geeigneter Roboterkinematiken für unterschiedliche Einsatzbereiche ausgelotet werden.

Dazu wird ein Konzept zum modularen Aufbau verschiedener Kinematiken aus wenigen Grundelementen entwickelt.
Neben dem industriellen Umfeld im Handlingbereich findet dieses Projekt seine Anwendungen auch auf dem Gebiet autonomer, mobiler Robotik.
 
Zur Umsetzung dieser Zielstellungen wurde ein Zeitplan mit entsprechenden Meilensteinen für die jeweiligen Arbeitspakete sowie für das Projekt an sich aufgestellt.