Mechatronisches Koppelsystem für die prozessunabhängige, kraftgeregelte Kopplung von seriellen Roboterkinematiken

Von:

Edgar Mühlbeier

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Mit dem gesellschaftlichen und technologischen Wandel einhergehende kürzere Produktlebenszyklen bei gleichzeitig steigender Produktvielfalt führen zu stetig steigenden Anforderungen an die Produktionstechnik. Da etablierte Produktionslösungen mit starren Verkettungen und geringer Flexibilität diesen Anforderungen nicht nachhaltig gerecht werden können, muss die Produktionstechnologie wandlungsfähiger werden. Ein Ansatz hierfür ist der Einsatz von flexiblen Industrierobotern als universelle Produktionsmaschine. Um den Ansprüchen eines universellen Einsatzes gerecht zu werden, fehlt Industrierobotern gegenwärtig allerdings noch die notwendige Steifigkeit und Genauigkeit. Eine vielversprechende Lösung für diese Problematik ist die Kopplung von seriellen Roboterkinematiken zu einer geschlossenen parallelkinematischen Kette. Eine solche Parallelschaltung ermöglicht höhere Steifigkeiten und Genauigkeiten sowie eine Reduzierung der Posenabhängigkeit. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung einer universell einsetzbaren Lösung zur starren Kopplung zweier Roboter. Das aus der Arbeit hervorgegangene Kopplungssystem besteht aus einem mechanischen Koppelmodul und einer Regelung der inneren Kräfte innerhalb der geschlossenen kinematischen Kette. Das gekoppelte System weist im Schnitt eine um den Faktor 3,13 erhöhte Steifigkeit und eine reduzierte Posenabhängigkeit gegenüber einem einzelnen Roboter auf. Damit bietet die Kopplungstechnologie das Potential, für Roboter im Umfeld der Werkzeugmaschinen Fuß zu fassen und in bestimmten Anwendungsbereichen konventionelle Maschinen zu ersetzen. Erste industrielle Umsetzungen sind vor allem im Sondermaschinenbau denkbar, wo häufig geringe Stückzahlen und eine hohe Variantenvielfalt anzutreffen sind.