Hybride Kraftregelung für das roboterbasierte Rührreibschweißen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573040703

Aufgrund ihrer Flexibilität und Kosteneffizienz werden Industrieroboter (IR) zunehmend auch in Fertigungsprozessen eingesetzt. Ein solcher Prozess ist das Rührreibschweißen (RRS), das aufgrund der hohen Prozesskräfte und Kraftgradienten hohe Anforderungen an den Manipulator stellt. Die hohe Nachgiebigkeit von IR im Vergleich zu traditionellen Werkzeugmaschinen erfordert die Implementierung einer Kraftregelung für das roboterbasierte RRS. Um Schweißnähte zu erzeugen, wird im Stand der Forschung für RRS mit IR eine externe Kraftregelung mit unterlagerter Positionsregelung eingesetzt. Dabei berechnet die überlagerte Kraftregelung zusätzliche Positionssollwerte für die inhärente Positionsregelung des Roboters auf Achsebene. Der Hauptnachteil dieses Ansatzes liegt in der aus der Regelungsstruktur resultierenden niedrigen Bandbreite der Kraftregelung. Dies führt in Kombination mit den beim RRS auftretenden schnell ansteigenden Kräften zu einer unzureichenden Regelgüte. Besonders in der Eintauchphase zu Beginn des Prozesses ergeben sich dadurch Nachteile wie eine reduzierte Prozessgeschwindigkeit und überdimensionierte Anlagen. Im Rahmen dieses Vorhabens soll daher eine angepasste Regelungsstruktur mit paralleler anstatt überlagerter Kraftregelung entwickelt werden, um die Bandbreite im Vergleich zum Stand der Technik erheblich zu erhöhen und dadurch sowohl Prozessgeschwindigkeit als auch -qualität zu optimieren. Grundlage hierfür ist eine dynamische Modellierung und Kompensation der in den Handgelenksachsen von IR üblichen Getriebekopplung, um Abweichung von der Bahn im kraftgeregelten Betrieb zu vermeiden. Die hybride Kraftregelung mit integrierter Online-Adaption soll dann zunächst simulativ mit Hilfe eines Prozessmodells entwickelt und ausgelegt werden. Zur Überführung der Regelungsstruktur in die industrielle Praxis soll die Regelungsarchitektur auf einen Prüfstand übertragen und validiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler