SDaR II

Antriebsbasierte Schwingungsdämpfung an Industrierobotern für die spanende Bearbeitung

Projektförderung

Hintergrund

Im Vergleich zu konventionellen Werkzeugmaschinen sind Industrieroboter heutzutage auf Anwendungen mit vergleichsweise geringen TCP-Kräften und begrenzter Positioniergenauigkeit beschränkt. Aufgrund der seriellen Kinematik und dem damit einhergehenden großen Arbeitsraum, sowie den gegenüber Werkzeugmaschinen geringeren Investitionskosten besteht der Wunsch, Industrieroboter vermehrt für die spanende Bearbeitung einzusetzen. Jedoch führt die serielle Kinematik in Kombination mit der Nachgiebigkeit der Getriebe zu einer hohen Schwingungsanfälligkeit. Folglich muss zwischen Wirtschaftlichkeit und Bearbeitungsqualität abgewogen werden.

Schematisches Blockdiagramm der Regelungsarchitektur
Schematisches Blockdiagramm der Regelungsarchitektur

Problemstellung

Durchgeführte Vorarbeiten haben gezeigt, dass bereits geringe Schnitttiefen bei der Fräsbearbeitung zur Selbsterregung der Struktur ausreichen. Die benötigten hohen Übersetzungsverhältnisse der Getriebe führen zu geringen Rückwirkungen auf die Antriebsseite. Zur Erhöhung der Auflösung der Winkellage für die Regelung der Achsen sind die Winkelmesssysteme üblicherweise motorseitig angebracht. In Kombination mit der Nachgiebigkeit der Getriebe führt dies jedoch zu einer Positionsabweichung unter Last. Zur Steigerung der Genauigkeit werden Industrieroboter zunehmend mit zusätzlichen abtriebsseitigen Winkelgebern ausgestattet. Diese verfügbare Zusatzsensorik wird zur Detektion der Schwingungen genutzt. Da die mechanischen Eigenfrequenzen gegenüber der Bandbreite der Antriebe gering sind, kann auf den Einsatz zusätzlicher Aktorik verzichtet und die Antriebe zur Bedämpfung der Schwingungen verwendet werden.

Zielsetzung/Ergebnisse

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird ein auf der klassischen Kaskadenregelung basierendes, lineares Regelungsgesetz unter Verwendung der gelenkseitiger Positionsmessung entwickelt, das anschließend mithilfe der Gain-Scheduling-Methodik zu einer adaptiven Regelung erweitert wird. Durch das Verfahren soll eine Erhöhung der dynamischen Bahngenauigkeit sowie eine Verbesserung des Störverhaltens im gesamten Arbeitsraum erzielt werden. Infolgedessen kann das Potential von Industrierobotern für die Bearbeitung großvolumiger Bauteile ausgeschöpft werden.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Patrick Mesmer

Patrick Mesmer

M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Antriebssysteme und -regelung"

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