Semi-automated task-based synthesis and design of serial robotic systems

• Teilautomatisierte, taskbasierte Synthese und Entwicklung von seriellen Robotersystemen

Zumpe, Veronika; Hüsing, Mathias (Thesis advisor); Corves, Burkhard (Thesis advisor); Pfurner, Martin (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2023)
Doktorarbeit

In: Mechanism theory, machine dynamics and robotics
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023

Kurzfassung

Seit Jahrzehnten wird der Mensch durch Automatisierungstechnik unterstützt, vor allem im industriellen Bereich. Doch auch die Servicerobotik gewinnt allmählich an Bedeutung und für die nächsten Jahre ist ein enormes Umsatzwachstum prognostiziert. Durch kürzere Entwicklungszeiten und die Konkurrenz am Markt ist es essenziell, Robotersysteme effizient und systematisch zu entwickeln. Durch Variation der Umgebungsbedingungen und Applikationen ergeben sich für die Entwicklung von Service Robotern andere Anforderungen verglichen zur klassischen industriellen Robotik. So ist beispielsweise nicht die Knickarm-Kinematik für alle Anwendungsfälle die ideale Lösung und der Bedarf an neuen Kinematiken steigt, sodass auch Systeme mit weniger als sechs Freiheitsgraden besser geeignet sein können oder redundante Roboter eine gute Lösung darstellen. Obwohl der Bereich der Roboterkinematik gut erforscht ist, weisen die Integrationsmöglichkeiten in Entwicklungsprozesse, Zugänglichkeit und Tools zur Unterstützung der Ingenieurinnen und Ingenieure noch immer Lücken auf. Aus diesem Grund wird im Rahmen dieser Arbeit eine Methodik zur teilautomatisierten taskbasierten Kinematik Entwicklung vorgestellt und in einem Tool implementiert, um bei der Entwicklung neuer Robotersysteme zu unterstützen. Der Ansatz beschränkt sich auf serielle Regionalstrukturen und setzt sich aus drei Kernelementen zusammen. Im Pre-Processor erfolgt die Planung der Bewegungsaufgabe und das Definieren der Randbedingungen, sodass diese Daten im Solver weiterverarbeitet werden können und geeignete Roboterstrukturen mit passenden Gliedlängen im Rahmen der Struktur- und Maßsynthese vollautomatisiert identifiziert werden. Abschließend können die Ergebnisse evaluiert, priorisiert und modifiziert werden, sodass auf dieser Basis der weitere Entwicklungsprozess fortgesetzt werden kann. Für das Ausgestalten werden wichtige Eigenschaften der Systeme sowie Möglichkeiten zur Erhöhung inhärenter Sicherheit adressiert. Das Vorgehen wird anhand der Entwicklung eines Roboters im Rahmen des REFILLS Projektes veranschaulicht und evaluiert. Zusammenfassend wird in dieser Arbeit ein Lösungsansatz vorgeschlagen, um neue Kinematiken maßgeschneidert auf die geforderte Anwendung teilautomatisiert und effizient zu entwickeln.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]