Automatische Generierung aufgabenoptimaler Roboterstrukturen

Im industriellen Umfeld ist ein stetig steigender Automatisierungsgrad zu verzeichnen. Zahlreiche Aufgaben, die in der Vergangenheit vom Menschen erledigt wurden, werden heute automatisiert von Robotern übernommen. Besonders beeindruckend ist dieser Trend beispielsweise in der Automobilindustrie vorangeschritten. Namhafte Hersteller verfügen teilweise über mehrere tausend Roboter, die wesentliche Fertigungsaufgaben übernehmen.

Um den Automatisierungsprozess, insbesondere von klein- und mittelständischen Unternehmen, weiter voranzutreiben, soll im Umfang dieses Forschungsprojektes eine neue Methodik zur aufgabenspezifischen Roboterentwicklung erarbeitet werden. Ziel ist eine ganzheitliche und automatisierte Synthetisierung von seriellkinematischen Roboterstrukturen in Abhängigkeit eines benutzerdefinierten Anforderungsprofils.
Hierfür erfolgt erstmals die Kombination von Struktur- und Maßsynthese für serielle Roboter in einem gemeinsamen Optimierungsschritt. Basis ist eine automatische Modellierung (Kinematik und Dynamik) der Roboterstrukturen in Abhängigkeit geeigneter Optimierungsparameter. Darauf aufbauend lassen sich sowohl kinematische als auch dynamische Leistungsmerkmale berechnen und geeignete (aufgabenspezifische) Gütefunktionen (ggf. in Kombination mit nichtlinearen Nebenbedingungen) als Grundlage für die Optimierung ableiten. Nach erfolgreicher Optimierung stehen sowohl ein individueller Mechanismus als auch die zugehörigen Modellgleichungen in recheneffizienter Minimalform zur Einbindung in bestehende Steuerungs-/Regelungsarchitekturen zur Verfügung. Spezielles Expertenwissen auf dem Gebiet der Mehrkörpersysteme ist hierfür nicht erforderlich.

Die erfolgreiche Umsetzung für serielle Roboterstrukturen verspricht eine Einsetzbarkeit auch für Parallelkinematische Maschinen, welche in einem nachfolgenden Projekt untersucht wird.