Mensch-Roboter-Kollaboration mit parallelkinematischen Maschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Seel, seit 5/2023
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444769341

Die Methoden der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) haben das Potential, die Bedienung von Robotern zu vereinfachen und effizienter zu gestalten. Zusätzlich werden durch höhere Sicherheitsstandards neue Einsatzgebiete erschlossen. Methoden wie sicherheitsgerichtete Stopps, kraftmomentensensorgestützte Handführung oder Geschwindigkeits- und Abstandsüberwachung sind unabhängig von der betrachteten Roboterkinematik umsetzbar, erfordern aber zusätzliche Komponenten neben dem eigentlichen Roboter. Die höchste, intrinsische, Sicherheitsstufe durch Kraft- und Leistungsbegrenzung wurde bislang nur bei wenigen seriellen Robotern erreicht, die speziell dafür entworfen wurden.Aufgrund der großen bewegten Masse bei seriellen Robotern werden diese im MRK-Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit betrieben, was durch die resultierenden niedrigen Produktionsmengen den Einsatz dieser Technologie in vielen Fällen unwirtschaftlich macht. Im Gegensatz dazu zeichnen sich parallele Roboter bzw. parallelkinematischen Maschinen (PKM) durch eine geringe bewegte Masse aus. Da durch die MRK-Norm (ISO/TS 15066) indirekt die maximale Energie begrenzt wird, können bei PKM prinzipiell höhere Geschwindigkeiten im MRK-Betrieb erlaubt werden. Damit können MRK-PKM Einschränkungen serieller MRK-Roboter ggf. egalisieren. Es sind dem Antragsteller noch keine PKM bekannt, die in MRK-Arbeitsplätzen eingesetzt werden oder über dedizierte MRK-Betriebsmodi verfügen. Eine MRK-Fähigkeit ist von Vorteil, um den Aufwand und die notwendigen Fachkenntnisse bei der Einrichtung von parallelen Roboter zu verringern: Dadurch wird ein Einrichten der PKM durch Handführung und haptische Interaktion intuitiver. Der zeitaufwändige Programmieranteil verringert sich. Ihr Einsatz lohnt sich dann auch für kleine Losgrößen und in kleinen und mittelständische Unternehmen. Das Ziel dieses Vorhabens ist daher die Entwicklung von Methoden zur Befähigung von parallelen Robotern zur MRK. Der Hauptfokus liegt dabei in der Erforschung von Methoden zur Vermeidung von Klemmgefahren in den parallelen Beinstreben des Roboters durch Bewertungs- und Ausweichstrategien. Dazu wird die Analyse der Kinematik nicht mehr wie bisher bezogen auf die Plattform durchgeführt, sondern auf beliebige Stellen an der Struktur, die eine Klemm- oder Kollisionsgefahr darstellen können. Zusätzlich werden bereits aus der seriellen MRK-Robotik erprobte Regler- und Beobachterkonzepte für MRK-PKM adaptiert. Dazu zählen insbesondere die Impedanzregelung, modellbasierte Störbeobachter sowie Heuristiken zur Schätzung des Ortes und der Kraft von Kollisionen. Das Ergebnis des Vorhabens sind Sicherheitsfunktionen für den laufenden Betrieb von PKM sowie Konstruktionsrichtlinien zur prinzipiellen Erhöhung der MRK-Fähigkeit. Es erfolgt zusätzlich eine Bewertung, wie MRK-Konzepte auf bereits bestehenden, etablierten Systemen umgesetzt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Tobias Johannes Ortmaier, bis 5/2023