Flexibles Bauteilhandling auf Basis der rekonfigurierbaren parallelkinematischen Struktur PARAGRIP
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Die Rahmenbedingungen für produzierende Unternehmen haben sich in den letzten Jahren grundlegend in Richtung steigender Komplexität und Dynamik innerhalb der Unternehmen und im industriellen Umfeld gewandelt. Die hierfür verantwortlichen Faktoren sind neben der fortschreitenden Globalisierung die rasante technologische Entwicklung und eine veränderte Ressourcenlage, die ein Umdenken in der Automatisierungstechnik erfordert. Ein verstärkter Fokus auf die individualisierte Produktion durch Flexibilisierung und Wandlungsfähigkeit von Verpackungs-, Montage- und Handhabungssystemen hilft das Dilemma zwischen wirtschaftlicher Produktivität und differenzierender Variantenvielfalt aufzulösen.
Als kostengünstiger Lösungsansatz zur Anpassung an bauteilabhängige Aufgabenstellungen wurde am IGMR ein neuartiges Handhabungssystem entwickelt, welches durch einen wandelbaren und modularen Aufbau eine schnelle und einfache Anpassung der kinematischen Struktur an die jeweilige Bewegungsaufgabe ermöglicht. Das Handhabungskonzept basiert auf der Manipulation von Objekten über mehrere mobile Roboterarme, die im Verbund einen parallelkinematischen Aufbau besitzen. Das Objekt wird bei jedem Greifen in diese neu aufgebaute Struktur integriert und kann vergleichbar mit der Plattform eines Parallelmanipulators im Raum mit dem Freiheitsgrad F=6 frei bewegt werden.
In diesem Konzept wird durch die Auflösung der klassischen Grenzen zwischen Roboter und Greifer die Flexibilität geschaffen, die notwendig ist, um sehr unterschiedliche und auch großflächige Bauteile handhaben zu können. Die Anpassung an eine geänderte Bauteilgeometrie oder -bewegung erfolgt automatisch über die Wahl der Kontaktstellen, an denen der Verbund zwischen den Armen und dem Objekt hergestellt wird. Darüber hinaus können die einzelnen Arme auch entsprechend der Vorgaben eines Konfigurationsplanungstools auf der Basis neu angeordnet werden. Die Kombination aus Kontaktpunkten und Armbasispunkten hat entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften der Bewegung, wie zum Beispiel den Arbeitsraum, die Genauigkeit und Steifigkeit sowie die Kraft- und Geschwindigkeitsübertragungen auf die Antriebe.
Die Konfiguration des Verbundes kann auch aktiv während der Objektmanipulation angepasst und verändert werden, wenn das Objekt im Sinne eines „Umgreifens“ an zusätzliche Arme übergeben wird. Eine graphische Oberfläche zur Bedienung unterstützt mit Algorithmen zur Selbstoptimierung des Systems die Benutzerinnen und Benutzer bei der Planung der Konfiguration und Bewegung. Da die einzelnen Roboterarme im Gegensatz zu kooperierenden Robotern speziell für den rekonfigurierbaren Verbund entwickelt und ausgelegt sind, ist ein vereinfachtes und wirtschaftliches Antriebskonzepts sowie ein mobiler und leichter Aufbau der Kinematikeinheiten möglich. Das Handhabungskonzept, wurde über die Phasen der Konzipierung, Struktursynthese, kinematische Maßsynthese, Auslegung und Konstruktion durchgängig am IGM entwickelt und in einem Prototypen mit freundlicher Unterstützung von der Firma Stöber Antriebstechnik realisiert.
Prototyp Paragrip am IGMR
Von der Konzeption bis zur Realisierung
Danksagung
Das Institut dankt der Firma Stöber Antriebstechnik, Pforzheim und der DFG für die Unterstützung zur Realisierung dieses Handhabungskonzeptes.