Planungs- und Ausführungssysteme – Optimale und prädiktive Regelung von roboterassistierten Produktionsprozessen

Fertigungsschritte wie das Polieren, Schleifen oder Reinigen von Bauteilen mit komplexen Freiformflächen sind notwendig, um die gewünschte Qualität eines Produkts zu erhalten. Jedoch sind diese Tätigkeiten für Menschen monoton und körperlich anstrengend. Die Produktionsqualität ist stark von der Erfahrung und der Ermüdung des Mitarbeiters abhängig. Derzeitige Roboterlösungen für diese Art von Tätigkeiten erfordern sorgfältiges und zeitaufwendiges Programmieren. Besonders in der High-Mix-Low-Volume (HMLV)-Produktion ist die Automatisierung solcher Arbeiten unrentabel, wobei diese Arbeiten häufig in KMU anfallen.

Um die Automatisierung solcher Tätigkeiten zu optimieren, hat der Lehrstuhl für Regelungstechnik (Chair of Automatic Control, ACON) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) eine Roboterzelle entwickelt, die diese Tätigkeiten mithilfe eines Roboterarms ausführt, ohne dabei die genaue Geometrie der Freifläche zu kennen. Dieser Demonstrator stellt eine Automatisierungskonzept für die HMLV-Produktion dar, das auf Konzepten der modellprädiktiven Regelung und Differentialgeometrie aufbaut, um die Bewegung des Roboterarms zu planen und die Interaktionskraft zwischen Werkzeug und Werkstück zu steuern.

Auf der Basis von kollaborativem Verhalten, Regelungsstrategien und Laserabstandssensoren kann der Roboterarm das Werkstück mit immer gleicher Kraft bearbeiten, wobei das Werkzeug stets senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks geführt wird.

Die Geometrie des Werkstücks wird vom Roboterarm während der Bearbeitung rekonstruiert, wodurch die Bewegung des Roboterarms optimiert werden kann.

Diese Roboterzelle ist somit hervorragend für Firmen geeignet, die Metall- oder Kunststoffteile mit komplexen Formen herstellen oder gar individuelle Teile in kleinen Stückzahlen produzieren. Andere Anwendungen, wie z.B. das Reinigen von Bootskörpern oder das Vermessen von großen, unbekannten Geometrien sind möglich und zeigen, wie vielseitig einsetzbar dieser Ansatz auch für großflächige Strukturen ist.

Die Erforschung und Entwicklung dieses Demonstrators wird laufend fortgesetzt und es bestehen enge Kontakte zu Unternehmen innerhalb und außerhalb der Interreg Programmregion, die uns wertvolles Feedback für weitere Verbesserungen liefern.