Adaptive passiv nachgiebige Systeme zum Einsatz in der Robotik

Autor*in: Armin Wedler

ISBN: 978-3-941416-89-5

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2011

Herausgeber*in der Reihe: Berend Denkena

Band-Nr.: IFW 02/2011

Umfang: 260 Seiten, 135 Abbildungen

Schlagworte: Nachgiebige Antriebe, passive mechanische Nachgiebigkeit, Antagonismus, Mc-Kibben-Muskeln, Regelung und Modellierung von Fluidsystemen

Kurzfassung:  Antriebssysteme für Maschinen können mit einer Nachgiebigkeit ausgestattet werden. Dadurch ergeben sich Vorteile, insbesondere im Schutz des Systems vor übermäßigen äußeren Belastungen, zum Schutz der Umwelt im Fall eines Kollisionskontakts und in der Energiespeicherung. Die dynamischen Grenzen von Roboterantrieben begrenzen häufig den Anwendungsbereich. Diese Limitierungen können mit nachgiebigen Systemen erweitert werden. In dieser Arbeit wird daher ein Konzept für nachgiebige Antriebsstränge untersucht und entwickelt. Dabei ist ein entscheidender Punkt, das System so zu implementieren, dass die mechanische Nachgiebigkeit das dynamische Verhalten des Roboters verbessert. Hierfür muss das nachgiebige System identifiziert und regelbar sein. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Klassifizierung von verschiedenen Ansätzen herauszustellen und damit die einzelnen Entwicklungen zu kategorisieren. Weiterhin stellt die Arbeit Grundlagen und Vorgehensweisen zum Aufbau eines nachgiebigen fluiden Antriebsystems basierend auf McKibben Muskeln bereit. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Ausarbeitung einer Entkoppeleinheit für Industrieroboter vorgestellt. Die Entkoppeleinheit arbeitet mit antagonistisch angeordneten McKibben-Muskeln zur Steifigkeitsvariation. Die hierfür entwickelte Regelung der Fluidmodelle der Muskeln und Ventile wird beschrieben. Weiterhin werden Untersuchungen zu verschiedenen Ventilansteuerungs-Strategien dargelegt, was für eine pneumatische Fluidregelung ein entscheidendes Kriterium ist. Die aufgebaute Entkoppeleinheit stellt einen Prototyp eines modularen Roboterzusatzwerkzeugs dar, der durch die flexiblen Einsatzmöglichkeiten gut in Verschiedenen produktiven Prozessen Verwendung finden könnte. Das System wird im Rahmen einiger Massivumformprozesse schon erfolgreich angewendet. Die Entwicklung zu einem Produkt ist geplant.