Flexibles Bauteilhandling auf Basis der rekonfigurierbaren parallelkinematischen Struktur PARAGRIP

PARAGRIP

Flexibles Bauteilhandling auf Basis der rekonfigurierbaren parallelkinematischen Struktur PARAGRIP

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 IGM 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 z.B. 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 den 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.

 

Aktueller Prototyp am IGM: Objekthandling mit drei bzw. vier Armen (Stand: Frühjahr 2011)

 

 

 

Momentan wird das Handhabungskonzept im Rahmen des Exzellenz-Cluster-Projektes ICD D-3.2 „Rekonfigurierbares selbstoptimierendes Bauteilhandling“ in Zusammenarbeit mit dem WZL-MT weiterentwickelt und in einem zweiten Demonstrator erprobt.

 

Danksagung

Das Institut für Getriebetechnik und Maschinendynamik bedankt sich herzlich bei der Firma Stöber Antriebstechnik, Pforzheim sowie bei der DFG für die Unterstützung bei der Realisierung dieses Handhabungskonzeptes.

 

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. T.Detert, Dipl.-Ing. S.Kurtenbach

 

Paragrip in RWTH insight:

"Robotorwelten wandelt sich" [PDF]

 

ausgewählte Literatur:

 

[1] Nefzi, M; Riedel, M.; Corves, B.: Development and Design of a multi-fingered Gripper for Dexterous Manipulation. In: Mechatronic 2006, 4th IFAC-Symposium on Mechatronic Systems. September 12–14, 2006, Heidelberg.

 

[2] Riedel, M.; Nefzi, M.; Hüsing, M.; Corves, B.: An Adjustable Gripper as a Reconfigurable Robot with a Parallel Structure. Second International Workshop on Fundamental Issues and Future Research Directions for Parallel Mechanisms and Manipulators, September 21–22, 2008, Montpellier, France.

 

[3] Müller, R.; Corves, B.; Hüsing, M.; Esser, M.; Riedel, M.; Vette, M.: Rekonfigurierbares selbstoptimierendes Bauteilhandling. In: 8. Kolloquium Getriebetechnik Aachen 2009. Verlagshaus Mainz, Aachen, 2009. ISBN: 3-86130-984-X. S. 297-311.

 

[4] Müller, R.; Riedel, M.; Vette, M.; Corves, B.; Esser, M.; Hüsing, M.: Reconfigurable Self-optimising Handling System. In: S. Ratchev and M. Hauschild (eds.): Precision Assembly Technologies and Systems. 5th International Pre-cision Assembly Seminar IPAS 2010. IFIP AICT 315. Chamonix, France 14.-17. Februar 2010. Springer, Berlin 2010. ISBN: 978-3-642-11597-4. S. 255-262

 

[5] Riedel, M.; Nefzi, M.; Corves, B.: Grasp Planning for a Reconfigurable Parallel Robot with an Underactuated Arm Structure. In: Mechanical Science., 1, 33-42, doi:10.5194/ms-1-33-2010, 2010

 

[6] Riedel, M.; Nefzi, M.; Corves, B.: Performance Analysis and Dimensional Synthesis of a Six DOF Reconfigurable Parallel Manipulator. In: Proceedings of the   IF-ToMM Symposium on Mechanism Design for Robotics. Mexico City, Mexico, September 28-30, 2010.