IntCDC RP27

Cyber-Physical, Large-Scale Manipulation with Highly Reconfigurable and Multi-Functional Cable Robots for Construction in Existing Structures

Projektförderung

Hintergrund

Aufgrund des geringen Gewichts von Kabeln als Antriebskomponenten können Seilroboter sehr große Arbeitsräume überspannen oder hochdynamische Bewegungen der Roboterplattform realisieren. Beispielhafte Anwendungen, die diese Systemeigenschaften nutzen, sind die Skycam (L.L. Cone, 1985) für Fernsehübertragungen oder die ETH-Feldphänotypisierungsplattform an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (N. Kirchgessner et al., 2016) in Zürich, die über einem Feld schwebt und zur kontinuierlichen Überwachung der Bepflanzung eingesetzt wird. Am Max-Planck-Institut in Tübingen wurde ein komplett eingespannter Seilroboter für hochdynamische Bewegungs- und Flugsimulationen realisiert (P. Miermeister et al., 2016). Neben den genannten Anwendungen gibt es eine Reihe von Arbeiten, die die Eignung von Seilrobotern für Anwendungen in der Bauindustrie zeigen. Dazu gehören z.B. die automatisierte Montage von Fassadenelementen (Itturalde et al., 2020), die hybride (additive und subtraktive) Fertigung von Betonelementen (M. M. Muniz et al., 2020) und neuerdings die automatisierte Herstellung von Mauerwerk (Boumann et al., 2020). Aufgrund der inhärenten Modularität und Flexibilität der Kabel bieten Seilroboter die einzigartige Möglichkeit einer Neukonfiguration. So können durch die Rekonfiguration des Systems die Eigenschaften der Seilroboter an veränderte Anforderungen angepasst werden. Die Autoren Nguyen et al. (Nguyen et al., 2014) und Gagliardini et al. (Gagliardini et al, 2015) zeigen in ihren Arbeiten, wie die Rekonfiguration für die Wartung von Großflugzeugen und das Sandstrahlen von großen Strukturen eingesetzt werden kann.

Problemstellung

Basierend auf den genannten Arbeiten haben wir eine Forschungslücke identifiziert, die wir in diesem Projekt adressieren wollen. Diese besteht in einem umfassenden Rekonfigurationsansatz, der sich von der Planung einer bedarfsgerechten Geometrie bis hin zu einer auf maschinellem Lernen basierenden Kalibrierungsmethode erstreckt, die die Lücke von der Planungsphase bis zum wirtschaftlichen Einsatz des rekonfigurierbaren Seilroboters schließt.

Zielsetzung/Ergebnisse

Das übergeordnete Ziel des RP27 ist es, einen rekonfigurierbaren Seilroboter als großflächiges und voll automatisierbares Robotersystem für den Einsatz in einer dynamischen Bauumgebung zu etablieren. Durch die Integration des rekonfigurierbaren Seilroboters in das IntCDC-Cluster wird das Spektrum der Robotersysteme, das von Kleinrobotern mit einem einzigen angetriebenen Gelenk bis hin zu automatisierten Großkränen reicht, um ein Robotersystem bereichert, dessen Eigenschaften bisher nicht verfügbar waren. Dies ermöglicht neue systemübergreifende Kooperationsansätze, die völlig neue Fertigungs- und Konstruktionsansätze für das Co-Design erschließen. Dabei können rekonfigurierbare Seilroboter mit sehr großen Arbeitsräumen kombiniert mit der vollen Steuerbarkeit von sechs Freiheitsgraden einen Beitrag leisten. Um eine nahtlose digitale und physische Integration in die IntCDC-Infrastruktur zu ermöglichen, werden in einem ersten Schritt die Anforderungen in Zusammenarbeit mit den IntCDC-Projektpartnern definiert. Darauf aufbauend wird in diesem Projekt eine digitale Entwurfsmethode entwickelt, die eine optimale Seilrobotergeometrie für den betrachteten Anwendungsfall ermittelt. Um die Praxistauglichkeit nachzuweisen und die Betriebseigenschaften des Roboters zu optimieren, werden Experimente durchgeführt, um eine Datenbasis zum Erlernen der kinematischen Parameter des Seilroboters zu generieren und diese für die Online-Kalibrierung des kinematischen Modells rückzuführen.

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Ihr Ansprechpartner

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Felix Trautwein

M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"

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