Bionische Zukunftskonzepte revolutionieren die Automatisierungstechnik

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Das Prinzip des modularen, leichtbauenden Baukastens setzt sich am Frontend wie der Greiferaufnahme fort. Zwei- und Dreifinger-Greifer, Parallel- und Winkel-Greifer, sowie Sauger-Einheiten und Bernoulli-Greifer nimmt das Modulare Leichtbau-Handling selbständig aus seinem Magazin. Adaptive Greiferfinger, die mit dem Fin-Ray-Effekt konstruiert sind, ermöglichen auch das Greifen von komplexen Produkten mit Freiformen.

Durch den Einsatz von Servomotoren mit Präzisionsgetrieben ist das modulare Leichtbau-Handling in der Lage, genau zu positionieren. Dank dezentraler Controller in den Gelenken werden alle Motoren nur mit Niedervolt-Spannung versorgt und von der Robotersteuerung CMXR über ein serielles Bussystem (CAN) angesteuert.

Automatisiertes Drachensystem bleibt energieautark in der Luft

Mit Cyberkite hat Festo ein Drachensystem mit kybernetischer Steuereinheit entwickelt. Es kann den Wind als unberechenbaren Faktor in den Griff bekommen und als steuerbarer Drachen mit Staudruckflügel permanent in der Luft bleiben – egal woher der Wind weht. Der Cyberkite zeigt einen biomechatronischen Gesamtentwurf, der einen bis zu 24 m2 großen Staudruckflügel autonom und energieautark steuern und regeln kann.

Die Regelung des Drachenfluges erfolgt jeweils in Abhängigkeit von Windbedingungen und der eingesetzten Flügelgröße. Verschiedene Betriebsmodi und angepasste Flugbahnvorgaben ermöglichen den Betrieb über einen weiten Bereich von Windgeschwindigkeiten. Eine automatische Lastbegrenzung ermöglicht es, zusammen mit der robusten Flugregelung auch große Flügel sicher zu beherrschen.

Drachensystem nutzt Windkraft mit intelligenter Nachgiebigkeit

Die Regelungs- und Steuerungsphilosophie des Cyberkite ist nicht auf starres Festhalten, sondern auf intelligente Nachgiebigkeit programmiert. Dabei wird die Kraft des Windes durch den energieeffizienten Einsatz der Antriebe sogar nutzbar gemacht. So wird aus den Servomotoren nicht nur die Bremsenergie aus den Steuerbewegungen zurückgespeist, sondern – ergänzt um moderne Batterietechnik – kann auch die überschüssige Windenergie von den nachgiebigen Halteseil-Antrieben für den Betrieb des Systems nutzbar gemacht werden.

Die Servomotoren laufen dabei periodisch über von der Zugkraft des Drachens ausfahrende Seile im „Generatorbetrieb“, die hierbei gewonnene elektrische Energie wird in den Batterien gespeichert und reduziert den Energiebedarf des Systems erheblich. Zukünftige Cyberkite-Systeme lassen sich bei entsprechenden Windverhältnissen dank der Kraft des Windes energetisch autark betreiben.

Am Boden kontrolliert eine mechatronische Aktuatoreinheit den Flug des Drachen. Schwankende Windbedingungen machen dem hybriden Flügelsystem nichts aus. Der Flügel verbindet großes Flügelvolumen zur Aufnahme aerostatischen Traggases mit einer guten Gleitzahl und Eigenstabilität. Selbst bei Windstille behält der Flügel dank des Traggasauftriebs seine Position.

Drachenflügel kann auf stabilisierende Leitwerke verzichten

Der Flügel kann trotz seiner flachen und eleganten Form auf zusätzliche, stabilisierende Leitwerke verzichten. Über die adaptive Waaganleinung wird durch ein räumliches Seilgetriebe eine Verstellung der Flügel realisiert. Der Flügel ist so in der Lage, mit ausgestreckten Flügelenden geradeaus zu fliegen und im Kurvenflug die Flügel so zu verkrümmen, dass sie ausreichend stabilisierende Lateralfläche bieten.

Das Flügelsystem ist am Boden gefesselt, so dass bei starkem und böigem Wind schnell unerwünschte hohe Seilkräfte entstehen. Elektrische Antriebe und Sensorik reagieren auf die jeweilige Flugsituation und halten das System stabil.

In der Anleinung des Flügels wurde hierfür ein passives adaptives Seilgetriebesystem entwickelt, das bei Bedarf die Kraftwirkung des Windes effektiv reduziert. Zur kontrollierten Auf- und Abwicklung der Leinen ist jeder Seilwinde eine Verlegeachse, bestehend aus einem elektrischen Linearantrieb, zugeordnet.

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