Pajako: Steifigkeitsoptimierung funktionell erweiterter Delta Roboter

  Delta-Roboter mit drei Armen Urheberrecht: © IGMR

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Projektstatus

laufend

 

Der hohe Grad an industrieller Automatisierung hat zu wachsenden Anforderungen an effiziente und nachhaltige robotische Systeme geführt. Während die Leistungsaufnahme eines einzelnen Systems vergleichsweise gering ist, werden bei der Großserienproduktion mit Tausenden von Robotern erhebliche Anforderungen gestellt. Im Zusammenhang damit sind in den letzten Jahren grüne Wertschöpfungen und Produktionsanlagen zu einem wichtigen Verkaufsargument moderner Industrien geworden. In diesem Zusammenhang ist die Reduzierung des Spitzenstrombedarfs von großer Bedeutung.

Hochdynamische Handhabungsaufgaben erfordern ein hohes Nutzlast und Eigengewicht-Verhältnis, hohe Positioniergenauigkeiten sowie hervorragende Steifigkeitseigenschaften. Parallele Manipulatoren erfüllen diese Anforderungen durch ihre besondere Architektur mit gestellseitigen Antrieben und damit geringen bewegten Massen. Delta Roboter sind dabei die am weitesten verbreiteten Manipulatoren für Hochgeschwindigkeits-Pick-and-Place-Anwendungen. Diese stellt den Entwicklungsprozess vor neue Herausforderungen. Demnach sind die kinematischen und dynamischen Analysen mit anspruchsvollen Beziehungen der funktional erweiterten Varianten konfrontiert. Die erhöhte Komplexität spiegelt sich in rechenintensiven Modellierungsansätzen wider. Folglich sind effiziente Modellierungstechniken erforderlich, um das Systemverhalten vorherzusagen und schließlich die Grundlagen für eine ganzheitliche aufgabenorientierte Maßsynthese zu bilden.

Die Grundladen für eine solche Maßsynthese wurde in einem vorherigen durch den DAAD geförderten Projekt Performancesteigerung funktionell erweiterter Deltaroboter, in Zusammenarbeit mit dem Mechanical Systems Design Laboratory des Tokyo Institute of Technology erarbeitet. In diesem Projekt wurde die Entwicklung einer Maßsynthese aufbauend auf kinematischen und dynamischen Bewertungskriterien geschaffen. Es wurde gezeigt, dass derartige kombinierte Ansätze besonders vorteilhaft für industrierelevante Delta Roboter sind, die um serielle Ketten erweitert wurden. Darüber hinaus trägt die Berücksichtigung dynamischer Eigenschaften und geeigneter Bewertungskriterien, wie der Energieverbrauch und die Maximalleistung, den wachsenden Anforderungen an eine energieeffiziente und nachhaltige Produktion Rechnung.

Die Optimierung der dynamischen Eigenschaften eines Systems geht mit einer Reduktion der Massen und damit einer Verschlechterung der Steifigkeitseigenschaften einher. Ziel dieses Projektes ist daher die Integration der Steifigkeitseigenschaften in den Designoptimierungs- beziehungsweise Maßsyntheseprozess. Demzufolge werden die Elastizitäten der einzelnen Roboter Komponenten modelliert und anhand eines analytischen Steifigkeitsmodells zur der Modellierung und Optimierung der Gesamtsteifigkeit des Roboters genutzt. Diese wird schließlich mit der bestehenden Maßsynthese aufbauend auf kinematischen und dynamischen Bewertungskriterien kombiniert, um so eine ganzheitliche Optimierung des Roboters zu erreichen.

Die Bearbeitung dieses Projekts erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Mechanical Systems Design Laboratory des Tokyo Institute of Technology und gegenseitigem Austausch von wissenschaftlichem Personal und Studierenden.

 

Partner

Mechanical Systems Design Laboratory, Tokyo Institute of Technology, Japan (en)

Förderung

PAJAKO, DAAD: Deutscher Akademischer Austauschdienst e. V