Systemarchitektur und modulares Design roboterartiger Systeme mittels multidimensionaler Kennfelder

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karsten Stahl; Professorin Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser; Professor Dr. Markus Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461993234

Um in der industriellen Produktion Rentabilität sicherzustellen und so in einem hochkompetitiven Marktumfeld bestehen zu können, müssen roboterartige Systeme (RAS) sowohl für den Low-Cost- als auch für den High-End-Bereich effizienter entwickelt werden. Das beantragte Vorhaben betrachtet Maschinen und Anlagen, die nicht notwendigerweise nur Manipulatoren beinhalten und bei denen beispielsweise die Parametrierung von synchronisierten oder getakteten Master-Slave-Mehr-Antriebssystemen wenig robust ist, sodass häufig nachträgliche Neu-Parametrierungen erforderlich sind. Das Verhalten roboterartiger Systeme ist unter Umständen abhängig von Faktoren wie der Luftfeuchtigkeit, der Temperatur bzw. Temperaturgradienten in der Produktionshalle und dem Verschleiß der beteiligten Antriebskomponenten, ggf. auch der gesamten Mechatronik. Grundsätzlich ist für die Entwicklung neuartiger roboterartiger Systeme, der Optimierung der Systemperformance und deren automatisierungstechnischer Adaption zur Kompensation mechanischer Effekte eine umfassende Kenntnis der Eigenschaften der relevanten Baugruppen erforderlich. Dies betrifft insbesondere die Komponenten des Antriebs und der Automatisierungstechnik, inklusive der Software und des Kommunikationsnetzwerks. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojekts soll eine disziplinübergreifende Beschreibungssprache (DSL4RAS) für die Soft- und Hardware-Eigenschaften von Robotik-Antriebskomponenten definiert werden, die es ermöglicht, alle relevanten Einflüsse auf Komponenten- und Systemverhalten systematisch und umfassend zu erfassen und der Auslegung zugänglich zu machen. Dies soll eine Top-Down-Entwicklung der Systemarchitektur mit präziser Formulierung von Anforderungen an Subsysteme, z. B. von Bewegungsabläufen, und deren systematisches Herunterbrechen auf beteiligte Komponenten, ermöglichen. Als Ergebnis dieses Vorgangs lassen sich umfassende und multidisziplinäre Lastenhefte für Module ableiten, die alle relevanten technischen Aspekte mit für die Zielerfüllung hinreichenden Anforderungen belegen und somit die Entwicklung von Komponenten modularisiert, also trennbar macht. Dieses Wissen kann zur Auslegung kostenoptimierter Produktfamilien genutzt werden. Durch eine ganzheitliche Systembeschreibung soll in DSL4RAS die Anlagenregelung a-priori mit umfassenden Informationen versorgt werden. Modulare Baugruppen können mit multidimensionalen Kennfeldern hinterlegt werden, die die Auswirkungen von Umgebungseinflüssen und lasthistorischen Effekten, wie sich veränderndes Spiel oder Reibung, abbilden. So kann das Gesamtsystemverhalten auch bei geänderter Umgebung oder verändertem Verhalten einzelner Komponenten zuverlässig vorherbestimmt und entweder automatisch – auch während des Betriebs – möglichst gut eingestellt oder während der Entwicklung entsprechend berücksichtigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen