Robotik und Mechatronik

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In der Gruppe Robotik und Mechatronik werden Robotersysteme und Automatisierungsverfahren erforscht, weiterentwickelt und optimiert. Dabei liegt das Hauptaugenmerk auf parallelen, seriellen und hybriden industriellen Robotern und autonomen mobilen Plattformen (FTF, AGVs). Grundlagenorientierte Themen, beispielsweise zu redundanten Systemen, re-konfigurierbaren Robotern oder dem Einsatz von Festkörpergelenken, werden im Rahmen von Promotionsvorhaben und öffentlich geförderten Projekten erforscht. Anwendungsorientierte Forschungsfragen bearbeiten wir in direkter Kooperation mit Roboter-Herstellern, Systemlieferanten und Endanwendern. Aktuelle Fragestellungen im Bereich von Industrie 4.0 und vernetzter Automation stehen im Vordergrund der Forschungsaktivitäten innerhalb des RWTH-Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“.

In der Lehre bietet das IGMR zusammen mit der International Academy der RWTH Aachen den internationalen Masterstudiengang „Robotic Systems Engineering“ an. Der direkte Kontakt zu den Studierenden in den Lehrveranstaltungen „Robotic Systems“ und „Advanced Robotic Kinematics and Dynamics“ bildet die Grundlage für zahlreiche Abschlussarbeiten die in Forschung und Industrie betreut werden.

 


Modellierung und Steuerung

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Bei der Modellierung und Steuerung von bestehenden Robotersystemen steht das Verständnis des Systemverhaltens und die damit direkt zusammenhängende Verbesserung der technischen Leistungsfähigkeit im Vordergrund. Durch die kinematische und dynamische Analyse sind wir so zum Beispiel in der Lage den Arbeitsraum und das Bewegungs- und insbesondere Schwingungsverhalten zu optimieren. Darüber hinaus ermöglicht die Kalibrierung und Berechnung von Steifigkeits- und Toleranzeinflüssen eine deutlich gesteigerte Genauigkeit für robotische Systeme. Die Kenntnisse des Systemverhaltens finden darüber hinaus zum Beispiel bei dynamischen, modelbasierten Vorsteuermodellen oder der Auslegung und Optimierung der Regelparameter Anwendung.

 


Entwicklung und Validierung

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Individuelle und applikationsspezifische Handhabungssysteme erfordern ein grundlegendes methodisches Vorgehen für die Entwicklung, Auslegung und Validierung der Hardware und Funktionalität. Durch die etablierten Methoden der Strukturauswahl und Maßsynthese in Verbindung mit kinematischer und dynamischer Analyse entwickeln und dimensionieren wir Handhabungssysteme mit spezifischem Eigenschaftenprofil, beispielsweise einer geforderten Pick- und Place-Zeit im aufgabenspezifisch notwendigen Arbeitsraum. Neben der Vorauslegung, Entwicklung und Konstruktion steht dabei auch die Umsetzung von Prüfständen, die Versuchsdurchführung und die messtechnische Validierung der Eigenschaften im Vordergrund.

 


Projekte im Bereich Robotik und Mechatronik

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Aktive Verformung flexibler Bauteile

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Objekt-integrative Handhabungssysteme ermöglichen die Gestaltung leichter und weniger komplexe Roboterarme im Vergleich zu StandardIndustrieroboter. Dieser Vorteil in Gewicht und Kosten wird für die Handhabung und Montage von großen oder wenig steifen Bauteilen besonders wichtig. Im Montageprozess müssen Toleranzen und Verformungen kompensiert werden. Dazu kann das Bauteil mit kooperierenden Robotern im aktiv verformt werden. Eine beispielhafter Montageprozess wurde untersucht und realisiert um das Konzept zu validieren: Ein flaches, rechteckiges Blech wird durch vier Arme des PARAGRIP Handhabungssystems gegriffen und angehoben. Es wird dann in eine vorgegebene Kontur verformt und zu einem Montagestand transportiert. Schließlich wird die Komponente unter Nutzung der natürlichen Rückverformung des Bauteils montiert, bis ein Formschluß in dem Montagestand erreicht ist. Dabei werden Roboterarme mit Freiheitsgrad 3 verwendet, so dass für die Verformung nur Kräfte und keine Momente aufgebracht werden, was die Komplexität des Roboters reduziert, gleichzeitig jedoch den Steuerungsaufwand erhöht.

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AUTOPREFORM

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Neben den konventionellen Einsatzgebieten von Faserverbundwerkstoffen (FVW) im Flugzeugbau sowie im Bereich der Herstellung von ultraleichten Renn- und Sportwagen existieren weitere potenzielle Einsatzfelder, z. B. im Bereich der Großserienanwendungen (Automobilindustrie) und des Werkzeugbaus. Die Vorteile dieser Werkstoffe gegenüber anderen vergleichbaren Werkstoffen liegen in der flexiblen Gestaltung und in den guten mechanischen Eigenschaften bei geringem Gewicht.

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Bahnplanung für fünfgliedrige Handhabungsgeräte

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Für wiederholt auftretende Arbeiten in der Fertigung wie Montage-, Schweiß- und Lackierarbeiten werden heute vielfach Industrieroboter eingesetzt. Diese Geräte bieten mit ihren 6 Freiheitsgraden eine vollständige Beweglichkeit im Raum. Für einfachere Sortier- oder Bestückungsaufgaben ist aber eine Beweglichkeit in der Ebene vollkommen ausreichend. Neben Portalsystemen oder X-Y-Tischen kann auch ein fünfgliedriges Kurbelgetriebe (siehe kinematisches Schema, Abbildung 1) mit zwei gesteuerten Antrieben solche Positionieraufgaben in der Ebene erfüllen. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, dass die Antriebsmotoren fest montiert werden können und nicht mitbewegt werden. Hierdurch eignet sich diese Struktur für hochdynamische Positionieraufgaben.

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Bots2Rec

Automated Removal

Im Bots2Rec Projekt wird ein semi-autonomes Robotersystem zur Entfernung von Asbest-Altlasten aus sanierungsbedürftigen Gebäuden, z.B. Wohnungen der 70er und 80er Jahre entwickelt und implementiert. Trotz der starken Verbreitung von Automatisierungslösungen in der Industrie, werden Roboter bislang nicht im Baugewerbe eingesetzt. Die Projektpartner entwickeln und adaptieren aktuelle High-Tech Lösungen um ein Robotersystem für die beschriebene Anwendung zu implementieren. Dadurch können Bauarbeiter vor giftigen Gefahrstoffen geschützt werden und eine kosteneffiziente Sanierung der großen Altlastbestände in ganz Europa wird ermöglicht.

 

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DELTA

 

delta

Im Rahmen einer mehrjährigen Zusammenarbeit mit dem Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik wurden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zum Thema Weiterentwicklung des Delta-Roboters des Industriepartners mit zugehörigen Fortbildungen und Workshops durchgeführt. Diese Arbeiten betrafen sowohl die Seite der Steuerung als auch die Seite der Mechanik des Delta-Roboters in Hinblick auf Leistung und Kosten. Durch Fortbildungen und Workshops wurden Methoden, Softwaretools sowie Algorithmen und Berechnungsgrundlagen nachhaltig bei dem Industriepartner etabliert.

 

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KONTAKT


Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik

RWTH Aachen

Steinbachstraße 53B

52074 Aachen

 

Tel.: +49 (0)241 80 95546

Fax:  +49 (0)241 80 92263

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