Modellbasierte Auslegung granulatbasierter Greifer für die formvariable Handhabung in der automatisierten Produktion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Klaus Dröder; Professor Dr.-Ing. Arno Kwade
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450839725

Steigende Bauteilkomplexität und Variantenvielfalt führen zu großen Herausforderungen in der automatisierten Produktion, insbesondere in der Flexibilisierung der Teilehandhabung. Mit der ungeordneten Bereitstellung von hochvarianten Bauteilen in Behältern ergibt sich für die automatisierte Vereinzelung dieser Bauteile (Bin Picking) eine Reihe an technischen Herausforderungen. Da im Bin Picking bisher meist standardisierte Endeffektoren eingesetzt werden, wird verstärkt Aufwand dahingehend betrieben, sensorbasiert einzelne Bauteile zu lokalisieren und damit einen robusten Vereinzelungsprozess zu gewährleisten. Bisher ist jedoch unbekannt, wie der Bedarf an einer adaptiven Bahnplanung durch hinreichend universelle und robuste Greiftechnik reduziert werden kann. Daraus leitet sich der grundlegende Forschungsbedarf für die effiziente Umsetzung von Bin Picking Prozessen mittels formvariabler Greiftechnik her. In diesem Vorhaben wird daher eine modellbasierte Auslegungsmethode für ein am IWF konzipiertes Handhabungssystem erforscht, dessen effiziente prozessspezifische Auslegung, Konfiguration und Steuerung für die robuste Umsetzung von Bin Picking Prozessen ermöglicht werden soll. Der Forschungsansatz baut auf eigenen Vorarbeiten auf, in denen eine granulatbasierte Handhabungstechnik zum formvariablen und flächigen Greifen vorgeschlagen und eine auf statischen Kennfeldern gestützte Auslegungsmethodik entwickelt wurde. Während diese Technologie eine signifikante Steigerung der Flexibilität hinsichtlich des Greifens unterschiedlichster Objekte mit demselben Werkzeug ermöglicht, erhöht sich gleichzeitig die Komplexität der Greiferauslegung. Bei bisherigen experimentellen Auslegungsansätzen war es erforderlich, die betrachteten Wirkzusammenhänge zu vereinfachen, um die Auslegungskomplexität beherrschen zu können. Dabei muss akzeptiert werden, dass die erzeugten Lösungen zwar unter hohem experimentellen Aufwand realisierbar sind, jedoch gegebenenfalls weit von einer optimalen Lösung entfernt sind. Die beschränkte Lösungsqualität und die geringe Auslegungseffizienz motivieren die Erforschung neuer Auslegungsmethoden für die granulatbasierte Handhabungstechnik. Die in diesem Vorhaben zu erarbeitende modellbasierte Auslegungsmethodik ermöglicht eine aktive Entscheidung für den zu investierenden Auslegungsaufwand. Je nach der zu erwartenden aufwandsabhängigen Ergebnisgüte des Greiferdesigns (mittels eines empirischen Metamodells und ortsaufgelöster numerischer Diskrete-Elemente-Simulation) schlägt diese Methodik eine geeignete nachgelagerte Prozessplanungsstrategie vor, die einen robusten Bin Picking Prozess ermöglicht. Anhand eines Bauteilspektrums wird die Auslegungsmethodik erarbeitet, experimentell validiert und für die Übertragbarkeit auf ähnliche Problemstellungen verallgemeinert. Als Ergebnis liegt ein übertragbares Referenzvorgehen aus der Basis der erarbeiteten Auslegungsmethodik vor, das Auslegungsaufwand und -qualität kombiniert berücksichtigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen