Flexible Bauteilhandhabung auf Basis einer rekonfigurierbaren parallelkinematischen Struktur

Das Handhabungssystem PARAGRIP ermöglicht die Gegensätze der wirtschaftlichen Vollautomatisierung und der marktorientierten Flexibilität zielführend miteinander zu kombinieren, um in Hochlohnländern eine wettbewerbsfähige und zukunftsorientierte Produktion sicherstellen zu können. Rekonfigurierbarkeit ist dabei das zentrale Element, um eine wirtschaftliche und effiziente Anpassungsfähigkeit an wechselnde Randbedingungen und Aufgaben gewährleisten zu können. Die Grundlage bildet ein neuartiges Handhabungskonzept, welches das zu bewegende Bauteil über mehrere Armeinheiten in den Verbund integriert und mit ihm zusammen eine neue Struktur mit parallelkinematischem Aufbau erzeugt. Innerhalb dieser Struktur kann das Bauteil, vergleichbar mit der mobilen Plattform eines Parallelmanipulators, im Raum mit sechs Freiheitsgraden beliebig bewegt werden. Dafür sind bei einer statisch bestimmten Konfiguration lediglich insgesamt sechs Antriebe für beispielsweise drei Armeinheiten notwendig. Verglichen mit konventionellen Roboterlösungen, die nicht für die Arbeit im Verbund entwickelt wurden, besitzen die Varianten des PARAGRIP-Aufbaus entweder bessere kinetostatische Eigenschaften bei gleicher Anzahl an Antrieben oder ähnliche Eigenschaften bei deutlich weniger Antrieben im System.

Da sich die kinematische Struktur vor jedem Handhabungsvorgang prinzipbedingt neu zusammensetzt, kann diese mechanisch sehr einfach und wirtschaftlich aufgabenspezifisch angepasst werden. Hierzu können beispielsweise Greifpunkte, Armpositionen auf der Basis, Armkombination und -anzahl individuell festgelegt werden, um dem Verbund gezielt aufgabenoptimale Eigenschaften, wie z.B. Arbeitsraumform und -größe, Verteilung der Kraft- und Geschwindigkeitsübertragung sowie Positioniergenauigkeiten und Steifigkeiten, zu verleihen. Die eigentliche Form, Größe und Geometrie des Bauteils tritt dabei in den Hintergrund, da kein spezieller bauteilabhängiger Greifer verwendet wird, sondern die Kontaktstellen zur Objektbindung aktiv und gezielt gesetzt werden können. Die so veränderbare Konfiguration des Systems kann jedoch nicht nur vor der Bewegung erfolgen, sondern auch durch Umgreifen der Armeinheiten in der Manipulationsphase dynamisch angepasst werden. Hierdurch wird beispielsweise eine freie Veränderung des Arbeitsraums während der Bewegung ermöglicht, wodurch auch große Bewegungen, wie z.B. beliebige Drehungen um große Winkel, realisiert werden können.

Da diese frei wählbaren Parameter, trotz unveränderlichem Aufbau der einzelnen Armeinheiten, eine quasi unendlich große Anzahl an Anpassungsmöglichkeiten bereitstellen, entsteht zunächst eine hohe Komplexität des Systems bei der Festlegung der Konfiguration. Um dem entgegenzuwirken müssen die zusätzlichen Freiheitsgrade des Systems effizient und zielführend genutzt werden können. Hierzu wurde ein automatisiertes Planungstool entwickelt, welches die Konfiguration auf die jeweilige Aufgabe hin zugeschnitten optimiert und die Bedienung maßgeblich vereinfacht.

Dieses Buch beschreibt die Entwicklung dieses wandelbaren Robotersystems vom Konzept ausgehend über die Syntheseschritte zur Ermittlung der zielführenden Struktur, der optimalen kinematischen Abmessungen und der idealen Bauteildimensionen bis hin zur Konstruktion und Realisierung. Darüber hinaus wurden die selbstoptimierenden Planungsalgorithmen vorgestellt, die für die Effizienz der Rekonfiguierbarkeit im Betrieb des Roboters entscheidend sind.