Spannungsarme Roboter-Montage von großen, nachgiebigen Bauteilkomponenten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Böl; Professor Dr.-Ing. Michael Sinapius; Professor Dr. Jochen Steil
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 524289249

Die Montage von großen, nachgiebigen Komponenten besteht im Wesentlichen aus vier Schritten: Zunächst müssen die Bauteile aufgenommen, dann zum Montageort verbracht, dort in die optimale Position gebracht und schließlich an den Montagestellen gefügt werden. Die automatisierte Montage von großen, nachgiebigen Bauteilen ist heute keineswegs Stand der Technik, da es dabei zahlreiche ungelöste Herausforderungen gibt. Dazu gehören die großen Dimensionen der Bauteile, die entscheidende Rolle ihrer Verformungen und die hohe Vielfalt der Anwendungen, die eine flexible Planung und Ausführung erfordern. Andererseits hält die Robotertechnik zunehmend Einzug in die industrielle Fertigung und Produktion. Eine besondere Rolle spielt dabei der Autonomous Industrial Mobile Manipulator (AIMM), eine Verbindung aus einer mobilen Plattform und einem Roboterarm. Bislang sind mobile Roboter in der industriellen Produktion jedoch noch nicht weit verbreitet, insbesondere nicht in großskaligen Montageprozessen. In einer entsprechenden Produktionsumgebung wie der Luft- und Raumfahrtindustrie ist der Einsatz mobiler Plattformen jedoch wünschenswert. Dieses Projekt zielt auf den Einsatz von AIMMs für die spannungsarme Montage großer flexibler Bauteile. Die notwendige Forschung im Bereich AIMM umfasst im Wesentlichen drei große Bereiche. Erstens gibt es Themen, die sich mit der 6D-Positionsabschätzung eines bestimmten Bauteils beschäftigen. Dieser Bereich ist stark von der Entwicklung künstlicher neuronaler Netze abhängig und der Fähigkeit, diese automatisch zu trainieren. Zweitens gibt es Forschungsbedarf bei der anspruchsvollen Robotersteuerung, die sich mit optimaler Offline-Bahnplanung, Ausführungszeit-, Bahnlängen-/ Energieoptimierung, Umgebungsmodellierung, Multisensor-Fusion und Online-Planungsansätzen unter den erheblichen Einschränkungen, die das Werkstück und das Szenario mit sich bringen, beschäftigt. Schließlich stellt die Interaktion mit großen Bauteilen eine unverhältnismäßig komplexere Herausforderung bei der Montageplanung und -ausführung dar, die noch wissenschaftliches Neuland ist. Spezifische Herausforderungen, die bei der mobilen Handhabung kleiner Objekte nicht vorhanden sind, ergeben sich aus der Größenordnung des Manövrierens und Montierens großer Komponenten, dem Einfluss des Erdschwerefeldes, wie es sich mit zunehmender Größe auf die inneren Spannungen und Zustände sowohl für die manipulierte Komponente als auch für die Roboterplattform selbst auswirkt. Diese erfordern die Modellierung der physikalischen Eigenschaften und Verformungen der Komponente und die Einbindung dieser Modelle in die Bewegungs- und Montageplanung, um die Spannungen während des gesamten Transport- und Montageprozesses gering zu halten. Ziel dieses Projektes ist daher die Erforschung und Entwicklung geeigneter Methoden, die das Know-how aus der Adaptronik (Sinapius), der Mechanik (Böl) und der Robotik (Steil) zu diesem Zweck weiterentwickeln und kombinieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen