Entwicklung eines bedienergeführten Manipulators (Campus Künzelsau, RWH)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Andreas Krug

Mittelgeber: Würth-Stiftung

Projektzeitraum: 1. 1. 2010 – 31. 12. 2012

Gesamtmittel: 265.000 €

Zusammenfassung:

Kraftrückgeführte Antriebssysteme oder kurz FFS genannt, finden Verwendung in der Luft- und Raumfahrttechnik, in der Automobiltechnik und in der Medizintechnik. Sie werden überall dort eingesetzt, wo man aufwändige mechanische Systeme durch elektromechanische Systeme, sogenannte x-by-wire-Systeme ersetzen will. Der Vorteil dieser Systeme im Vergleich zu den mechanischen Systemen liegt in einem geringeren Gewicht, einem kleineren Bauraum, einer höheren Funktionalität und der vielfältigen Einsetzbarkeit.

Zu den kraftrückgeführten Systemen zählen auch bedienergeführte Roboter oder Manipulatoren. Diese ermöglichen die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, respektive zwischen Maschine und ihrer Wirkungsumgebung. Anwendungsbereiche für diese Manipulatoren liegen momentan im Bereich der Kerntechnik und der Medizintechnik. Bedienergeführte Manipulatoren werden heutzutage anhand von Kraftsensoren und positionsgeregelten Antriebssystemen realisiert.

Diese Art der sog. direkten Krafterzeugung führt jedoch zu hohen Eigendämpfungen und Massenträgheitsmomenten im FFS. Die Antriebe weisen dadurch eine sehr hohe Steifigkeit auf, die weder eine Einflussmöglichkeit des Bedieners auf die Gelenkbewegungen bietet noch eine selbstständige Anpassung an die Umgebung erlaubt. Gerade die Anpassung an die äußere Umgebung erfordert dadurch eine aufwändige Regelung und Modellbildung sowie zahlreiche Sensoren.

Im Rahmen des vorliegenden Projektes soll daher ein neuartiges Konzept zur Krafterzeugung am Beispiel eines bedienergeführten und dreiachsigen Manipulators untersucht werden. Hierbei soll die Kraft des FFS über einfache Antriebssysteme mit Induktionskupplungen als einstellbares Dämpferelement erzeugt werden.

Mit diesem Verfahren können Kräfte unabhängig von der Position erzeugt werden, was zu einer Vereinfachung der Regelungstechnik innerhalb der Antriebssysteme führt. Das Konzept wirkt sich auch vorteilhaft bei nachgiebigen Bearbeitungswerkzeugen oder Handhabungsobjekten aus, bei denen der Manipulator z.B. selbstständig so weit nachgeführt wird, bis eine gewünschte Anwendungskraft übertragen ist. Beispiel hierfür ist ein klassischer Poliervorgang von innenliegenden Freiformflächen.