Methodik zur Auslegung eines rekonfigurierbaren Robotersystems für moderne Applikationsszenarien

Müller, Rainer; Vette, Matthias; Masiak, Tobias; Kanso, Ali

Die Einsatzmöglichkeiten von Industrierobotern haben sich seit der ersten Roboterapplikation in der Produktionslinie von GM in den USA im Jahr 1961 erheblich weiterentwickelt. Immer komplexere Aufgabenstellungen und Anforderungen an Industrieroboter, sowie ständig steigende Produkt- und Variantenvielfalt in einem immer kürzer werdenden Produktlebenszyklus, haben einen Bedarf an rekonfigurierbaren Robotersystemen zur Folge. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind konventionelle Robotersysteme, mit festen kinematischen und dynamischen Dimensionen, teils ungeeignet und stellen die Anforderung rekonfigurierbar zu sein. Zusätzliche Sensoren und Aktoren erweitern zudem die Einsatzmöglichkeiten. Am ZeMA werden im Rahmen des EU Forschungsprojektes FourbyThree (no 637095) verschiedene Szenarien untersucht, indem der Roboter zur Durchführung verschiedener Applikationen, wie Schrauben, Schweißen, Nieten und Handhaben, eingesetzt wird. Jede Applikation stellt unterschiedliche Anforderungen an das Robotersystem. Der Schweißprozess benötigt eine hohe Bahngenauigkeit sowie die Möglichkeit zur sensorischen Nachführung der Bahndaten. Der Nietprozess erfordert eine hohe Pose-Genauigkeit und programmierbare Nachgiebigkeit. Ein Konzept für den Aufbau eines rekonfigurierbaren aber gleichzeitig genauen Robotersystems wird in FourByThree Projekt entwickelt. Durch modulare Elemente soll der aufgebaute Roboter auf die variierende Arbeitsräume und Prozesskräfte schnell reagieren können. Dazu wird im ersten Schritt das zu montierende bzw. handhabende Produkt analysiert, danach wird der Prozess näher betrachtet. Die gewonnenen Informationen und Randbedingungen aus der Produkt- und Prozessanalyse sind die Bausteine für das Konzipieren und Entwickeln des Betriebsmittels. Der entwicklte Manipulator dieses Robotersystems ist modular, einfach zu rekonfigurieren und weist Adaptions- und Anpassungsfähigkeiten an die verschiedenen Aufgaben auf. Im Rahmen dieses Papers wird eine Methodik zum Auslegen eines rekonfigurierbaren Robotersystems vorgestellt.

The application fields of industrial robots have known a considerable development since their first robotic application by the the production line GM in the USA, in 1961. Tasks and requirements are more and more complex. So are also the diversity and variants of the product, paired with always shorter life cycles of the products. Those factors lead to a growing need of reconfigurable robotic systems. Conventional robot systems, with their fixed kinematic and dynamic dimensions, are not able to respond to theses challenges anymore. They must therefore be replaced with reconfigurable robot system, as well as additionals sensors and actors. ZeMA continuously works on different scenarios in the course of the project FourByThree, in which the robots are set for the execution of different applications, like screwing, welding, riveting and handling. Each of these applications poses specific requirements on the robot system. The welding process requires a high path accuracy as well as the possibility of sensory tracking of the rail data. The riveting process also requires a high pose accuracy and a programmable resilience. A concept for the conception of a reconfigurable robot system is being developed in the scope of the FourByThree project. The built-up robot should be able to quickly react to the varying application requirements, thanks to its modular elements. This is why as a first step, the product is analyzed, after which it is examined in further detail. These informations and boundary conditions collected throughout the analyse of the product and the process are the key constituent of the conception and development of the equipment. This article presents a methodology to display a reconfigurable robot system.

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Müller, Rainer / Vette, Matthias / Masiak, Tobias / et al: Methodik zur Auslegung eines rekonfigurierbaren Robotersystems für moderne Applikationsszenarien. 2018.

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