Parallelroboter mit adaptronischer Schwingungsunterdrückung am Beispiel der Versuchsstruktur FÜNFGELENK

Abstract

Ein wesentlicher Kennwert in der hochdynamischen Handhabung und Montage ist die Zyklusdauer, die direkt mit der erzielbaren Geschwindigkeit und Beschleunigung zusammenhängt. Serielle Roboter können aufgrund der mitbewegten Antriebsmassen prinzipiell weniger stark beschleunigt werden als Parallelroboter, bei denen die Motoren gestellfest gelagert werden. Daher stehen Parallelkinematiken bei den Untersuchungen des SFB 562 „Robotersysteme für Handhabung und Montage“, in dessen Rahmen die hier vorgestellten Ergebnisse erarbeitet wurden, im Vordergrund. Die hohen Beschleunigungen bei der Positionierung induzieren Schwingungen, welche die Montagegenauigkeit verringern und die Zyklusdauer durch Ausschwingvorgänge erhöhen. Adaptronische Maßnahmen ermöglichen es, diese Schwingungen durch ein aktives Eingreifen in die Struktur zu verringern. Aktor- und Sensorsysteme auf der Basis von Funktionswerkstoffen ermöglichen einen leichtbaugerechten Entwurf von adaptronischen Komponenten. Zur Demonstration der Schwingungsunterdrückung wurde der Versuchsträger FÜNFGELENK als ebene Parallelstruktur mit explizit berechenbarer direkter und inverser Kinematik entworfen und aufgebaut. Als adaptronische Komponenten werden aktive Stäbe mit diskreter Piezostapelaktorik eingesetzt, die über eine Ansteuerung ihre Länge statisch und dynamisch ändern können und zudem die Möglichkeit bieten, die Kräfte im Stab zu messen. Ihr Entwurf, die Gewichtsoptimierung und die experimentelle Verifikation der Modellbildung für die gekoppelte Aktorik und Sensorik werden vorgestellt. Ein am Versuchsträger implementiertes Regelungskonzept zur adaptronischen Schwingungsunterdrückung mit Hilfe der aktiven Stäbe wird diskutiert, und erste Ergebnisse werden mit Resultaten aus Simulationsrechnungen verglichen.