Good Vibes
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Motivation
Schwingungen sind normalerweise ein unerwünschter Effekt in mechanischen Systemen. Sie können zu unerwünschten Bewegungen und Kräften, zum Verschleiß mechanischer Teile und in extremen Fällen zum Ausfall des Systems führen. Was aber, wenn wir uns die Vorteile von Vibrationen in bestimmten Szenarien zunutze machen? Wie Beispielsweise bei sich wiederholenden Aufgaben, die von Robotern in der Industrie ausgeführt werden? Bei diesen Aufgaben werden die Glieder kontinuierlich beschleunigt und abgebremst. Daher wird in der Regel während der Beschleunigungsphase Energie von den Motoren auf die Glieder übertragen, um deren kinetische Energie zu erhöhen, die dann beim Abbremsen abgeleitet wird. Dies ist jedoch äußerst ineffizient, da die Energie zurückgewonnen werden könnte. Eine Strategie für diese Rückgewinnung besteht darin, Federn hinzuzufügen, damit die kinetische Energie der Glieder in potenzielle elastische Energie umzuwandelt wird um diese dann im nächsten Zyklus zu nutzen. Auf diese Weise würde der Roboter auf natürliche Weise zwischen den beiden Positionen schwingen, die er einnehmen muss zum Beispiel beim Aufnehmen und Ablegen von Gegenständen.
Ziel
Ziel dieses Projekts ist es, die Machbarkeit des Einsatzes elastischer Elemente in einem Parallelroboter zu untersuchen und die natürliche Dynamik des entstehenden Systems zu nutzen, um den Energieverbrauch und den Steuerungsaufwand bei typischen Pick-and-Place-Aufgaben zu verringern. Außerdem wird eine Abschätzung der Leistung des modifizierten Systems erwartet.
Vorgehen
Es sind zwei Schritte vorgesehen: die Simulation des Systems mit Hilfe von Mehrkörpermodellen und die experimentelle Validierung. Die Mehrkörpermodelle werden für mehrere Zwecke verwendet. Zunächst wird das Konzept nachgewiesen, indem Federn gefunden werden, die die freien Schwingungen des Systems mit der gewünschten Nennaufgabe in Einklang bringen, so dass der Roboter auf natürliche Weise zwischen den Nennpositionen für das Aufnehmen und Ablegen oszilliert. Dann werden Optimierungsalgorithmen in Kombination mit dem Mehrkörpermodell eingesetzt, um die optimale Bahn zu finden, der der Roboter zwischen zwei beliebigen Positionen folgen muss, auch wenn diese von den Sollpositionen abweichen, um den Energieverbrauch zu minimieren. Anschließend wird eine Steuerung hinzugefügt, um zu gewährleisten, dass der Manipulator die optimale Flugbahn bei Störungen wie dissipativen Kräften oder Unsicherheiten in den Eigenschaften des Mechanismus einhält. Schließlich wird die Leistung des Roboters mit Federn geschätzt und mit der des ursprünglichen Roboters ohne Federn verglichen. Eine experimentelle Validierung der Methoden und der Ergebnisse ist erforderlich.
Partner
Universidad de los Andes (Colombia) (en)
Förderung
DAAD - Deutscher Akademischer Austauschdienst
DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft
AROP – Advanced Research Opportunities Program (RWTH)