Optimierung der Trajektorie eines Robotermanipulators bei Operationen mit flexiblen Bauteilen. Mathematische Begründung.

• Antragsteller: Professor Dr. Volodymyr Shramenko
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 567365885

In der Automobilproduktion führen Roboter-Manipulatoren Operationen mit flexiblen Bauteilen durch. Für solche Operationen werden massive, kostenintensive Greifer eingesetzt, die Schwingungen der Bauteile verhindern. Ein neuer Ansatz besteht in der Nutzung kleiner, universeller Greifer in Kombination mit einer für jedes spezifische Bauteil optimierten Robotertrajektorie, die die Gesamtzykluszeit minimiert – sowohl die Zeit für die Bewegung des Bauteils als auch die Dämpfung der Schwingungen auf ein akzeptables Niveau am Ende der Trajektorie. Im Rahmen dieses Projekts soll das Problem der Minimierung der Zykluszeit gelöst werden. Zunächst wird eine vereinfachte Situation ohne Rotation des Bauteils betrachtet. Geplant ist eine analytische und experimentelle Untersuchung des Einflusses verschiedener interner und externer Faktoren auf die Dynamik des flexiblen Bauteils sowie auf die gesamte Zykluszeit. Dies ermöglicht eine Bewertung der Tragfähigkeit des Ansatzes, eine Open-Loop-Steuerung für die betrachtete Aufgabe zu entwickeln. Darüber hinaus ist die Entwicklung einer Rückkopplungsregelung sowie die Untersuchung der Steuerbarkeit des Systems vorgesehen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung eines Beobachters, der auf der Grundlage einer minimal möglichen Anzahl von Sensoren den Systemzustand mit ausreichender Genauigkeit bestimmen kann. Diese Einschränkung der Messmittel wird durch die Bedingungen der realen Automobilproduktion vorgegeben. Zur Erreichung der gesetzten Ziele werden Methoden der Theorie verteilter Systeme angewendet. In der wissenschaftlichen Literatur sind Steuerungsansätze zur Stabilisierung flexibler Balken und Platten gut untersucht. Allerdings besteht eine deutliche Lücke in der Optimierung der Manipulation flexibler Strukturen durch Roboter-Manipulatoren. Daher sollen abstrakte Ergebnisse der Zeitoptimalsteuerung auf den Fall der Manipulation eines Roboters mit einer dünnen, flexiblen Platte übertragen werden. Da die in dem Forschungsvorhaben zu entwickelnder Theorie auf Bauteile unterschiedlicher Geometrie anwendbar sein muss, wird ein Ansatz verwendet, der eine Steuerung auf der Grundlage von Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) ermöglicht. Ein wesentlicher Bestandteil dieses Projekts wird die obligatorische Validierung der erhaltenen theoretischen Ergebnisse auf einem Prüfstand sein, auf dem ein mit einem universellen Greifer ausgestatteter Roboter Manipulationen mit flexiblen Automobilkomponenten durchführen wird.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle