Kontrolle der Vibration von leichten und flexiblen Robotern

IlluFlex1Die leichte und flexible Robotik bietet ein großes Potenzial im Bereich der aktuellen Weiterentwicklung der kollaborativen Automation. Dank ihrer reduzierten Masse und ihrer Nachgiebigkeit profitieren solche Systeme von einer eigenen inneren Sicherheit, die das Risiko von Verletzungen bei unvorhergesehenen Schlägen oder anderen Einflüssen verringern. Dennoch muss das Steuerungssystem sorgfältig entwickelt werden, um das flexible Verhalten der Glieder und Gelenke des Roboters richtig zu beherrschen.

Dieses Projekt konzentriert sich auf die Steuerung des flexiblen Verhaltens von Roboterarmen in 3D. Sein Ziel ist die Entwicklung und Erprobung der innovativen vorausschauenden Steuerungen, die die Vibrationen in den Roboterarmen verringern werden. Ein Finite-Elemente-Modell des Roboters wird konstruiert unter Berücksichtigung von kinematischen Verbindungen, von starren Körpern und von flexiblen Körpern. Ausgehend von diesem Modell wird die umgekehrte Dynamik des Systems gelöst mithilfe von Methoden der sogenannten stabilen Umkehrung. Diese Methoden sind tatsächlich angepasst für die Umkehrung von nichtlinearen Systemen mit keinem Phasen-Minimum, die man in der flexiblen Robotik vorfindet. Hier werden die Steuerungen erhalten durch die Auflösung eines Problems der Optimierung unter Belastung.

Neben den digitalen Simulationen und zwecks Demonstration der Nützlichkeit der Methode wird ein Versuchssystem aufgebaut und gesteuert mit Hilfe der vorgestellten vorausschauenden Steuerung. Eine Steuerung durch Rückmeldung, auch “Feedback” genannt, wird ebenfalls ausgeführt, um die Leistungsstabilität sicherzustellen.

Kooperation von Mensch und Roboter

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Die Kooperation von Mensch und Roboter ist ein herausragendes Konzept, das darauf abzielt, die sich ergänzenden Kompetenzen eines Bedieners und eines Industrieroboters miteinander zu verbinden, um komplexe Aufgaben auszuführen. Einerseits hat der menschliche Bediener geeignetere Fähigkeiten zur Analyse einer Situation, Treffen von Entscheidungen, Planung einer Handlung und Koordinierung einer Bewegung in komplexen und nicht strukturierten Umgebungen. Andererseits kann ein Industrieroboter äußerst leistungsstark sein hinsichtlich der Präzision der Bewegung, der Wiederholgenauigkeit, der Reaktionsfähigkeit und seiner Fähigkeit, große Lasten zu tragen und zu bewegen.

Dieses Paradigma führt zu bedeutenden Herausforderungen im Bereich des Kontrollsystems des Roboters und der Sicherheitsverfahren. Zunächst einmal sind die vom Bediener erzeugten Bewegungen und Kräfte schwierig vorherzusehen und müssen vorzugsweise durch Verwendung geeigneter Sensoren gemessen werden. Der aktuelle Stand der Technik besteht darin, die Roboter mit zusätzlichen Sensoren auszurüsten, die Kontakt und Kollisionen mit dem Betreiber erfassen können.

Eine Alternative dazu, die in dieser Arbeit erforscht wird, besteht darin, Bewegungssensoren zu verwenden, die auf dem Körper des Bedieners angebracht sind. Insbesondere die kostengünstigen Technologien zum Erfassen von Bewegungen unter Verwendung von Beschleunigungsmessern, Kreiselinstrumenten und Trägheitsmesseinheiten (IMUs) entwickeln sich derzeit schnell weiter. Diese Technologien sind nicht sehr kostspielig, sie sind kompakt, drahtlos, einfach zu verwenden und weithin verfügbar. Aus diesen Gründen wäre es somit möglich, alle Arbeiter einer Werkstatt mit diesen Bewegungssensoren auszurüsten.

Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, sich diese Bewegungssensor-Technologien zunutze zu machen, um die Steuerungsmethoden für die Kooperation von Mensch und Roboter zu verbessern. Eine erste Demonstration dieser Strategie wird ein Fernsteuerungssystem sein, das auf den Echtzeit-Messungen der Bediener-Bewegungen basiert.

Greifen von Textilien

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Die Nachfrage nach Teilen aus carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) steigt seit mehreren Jahren an, insbesondere in der Luftfahrt-, Raumfahrt- und Automobilindustrie.

Jedoch besteht ein großes Hindernis dabei, diese wachsende Nachfrage zu decken aufgrund der Herstellung von Teilen aus CFK, da diese Herstellung ein hauptsächlich von Hand durchgeführter Vorgang ist.

Eine neue Herausforderung besteht also darin, automatisierte Lösungen zu erbringen, die die Herstellungskosten und somit letzten Endes die Preise der Teile aus Verbundwerkstoff verringern.

Genauer gesagt betreffen unsere Arbeiten die Analyse und Entwicklung von Greifsystemen für das Greifen von Textilien, z. B. im Bereich des Prozesses der Vorformung.

Ziel ist es, die Leistungen zu optimieren hinsichtlich Greifkraft, Qualität des Greifens, Energieverbrauch, usw. Unsere Methodik basiert auf experimentellen Versuchen sowie auf Werkzeugen zur physikalischen Modellierung und zur Simulation.

Modellierung des Greifens

Mod_des_Greifens_FP_ULgIn der Robotik bedingt die Aufgabe, etwas zu greifen komplexe mechanische Interaktionen zwischen einem Roboterarm, einem Greifer und dem zu greifenden Gegenstand. Diese Forschung zielt ab auf die Entwicklung von Modellierungs- und Simulationswerkzeugen, die erforderlich sind für die optimierte Entwicklung von Greifsystemen.

Der Roboter und der Effektor werden modelliert wie Mehrkörpersysteme, die aus einer Reihe von Körpern und kinematischen Verbindungen bestehen, die mit dem Objekt interagieren durch einseitige Kontaktbedingungen mit Reibung.

Bei diesem Projekt schlagen wir vor, einen allgemeinen digitalen Rahmen zu entwickeln, der auf einer Dynamikmethode des unregelmäßigen Kontakts (“nonsmooth contact dynamics”) basiert, um die einseitigen Beanspruchungen und die Kontaktgesetze effizient zu behandeln. Diese Modelle werden basierend auf einer speziell dazu entwickelten Versuchsanordnung überprüft.