Der Roboter von morgen arbeitet präzise wie ein Schweizer Uhrwerk

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Der Trend geht wiederholgenauen und absolutgenauen Roboter-Systemen

War früher die Wiederholgenauigkeit das oberste Ziel bei der Roboterentwicklung, so wandelt sich diese Vision immer mehr hin sowohl zu wiederholgenauen als auch absolutgenauen Systemen. Der Roboter von morgen soll Bearbeitungsprozesse wie Entgraten, Bohren und Fräsen übernehmen – und nicht nur solche, die sich kontinuierlich wiederholen, sondern die flexible, bauteilabhängige Aufgaben mit sich bringen: Sei es beim Entgratprozess, bei dem es darauf ankommt, unterschiedlichen Konturen möglichst gleichförmig und gleichmäßig zu folgen, oder beim Nachbearbeiten von Kunststoff-Formteilen im Automobil-Sektor, wobei zusätzlich zum Entgraten funktionale Bohrungen und Ausschnitte gefertigt werden müssen. Folglich steht neben der Wiederholbarkeit immer mehr die absolutgenaue Positionierung des Roboter-TCP (TCP = Tool Center Point), im Fokus.

Ausgehend von der Forderung nach hochgenauen Roboterprozessen, stellt die Wiederholgenauigkeit die Schranke der absoluten Positionierung dar. Dabei gilt es, den systematischen Fehler zwischen Wiederholgenauigkeit und absoluter Positioniergenauigkeit zu reduzieren. Daraus ergibt sich die Problemstellung, das reale Verhalten des Roboters mit dem in der Steuerung idealisierten Modell abzugleichen. Das Ziel besteht darin, dynamische und statische Fehler zu korrigieren.

Dynamische Abweichungen am TCP resultieren aufgrund lastabhängiger, thermischer und prozessabhängiger Verformungen der Antriebe und mechanischen Strukturen. Dagegen entstehen statische Abweichungen durch geometriebedingte Montage- und Fertigungsfehler wie Nulllagenfehler, Längenabweichungen und Winkelfehler. Beide zusammen stellen die relevanten Effekte dar, die sich auf die Positionierung des TCP auswirken und kompensiert werden müssen – auf diese Weise lässt sich ein absolutgenaues System schaffen.

Regler iterativ weiterentwickeln mit D-Space-Prototyping-System

Zunächst müssen die beschriebenen Effekte erfasst werden, bevor sie zur Korrektur der Abweichungen und damit Schaffung eines positioniergenauen Roboters genutzt werden können. Zur Vereinheitlichung kommt ein D-Space-Prototyping-System in Frage, so dass in Experimenten bereits entwickelte Komponenten und Werkzeuge wiederverwendet oder ausgetauscht und Regler iterativ gemäß den Anforderungen weiterentwickelt werden können.

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