Optimierung Trajektorie - Optimierung der Trajektorie eines Robotermanipulators bei Operationen mit flexiblen Bauteilen. Mathematische Begründung.

Projektbeschreibung

In der modernen Automobilproduktion werden Roboter-Manipulatoren nahezu in allen Produktionsphasen eingesetzt: Von der Blechumformung bis zur Endmontage des Fahrzeugs auf dem Fließband. Wenn die Manipulationen mit einem festen Körper durchgeführt werden, lässt sich die Position jedes Punktes des Körpers in jedem Moment mit hoher Genauigkeit berechnen. Handelt es sich jedoch um ein flexibles Bauteil, beispielsweise aus dünnem Metall, so muss zur Bestimmung der Punktpositionen zusätzlich die Dynamik des Bauteils berücksichtigt werden.

Darüber hinaus gibt es mehrere wesentliche Besonderheiten flexibler Bauteile, die Herausforderungen im Produktionsprozess darstellen: Hohe Beschleunigungen des Roboter-Manipulators können plastische Verformungen des dünnen Metalls verursachen. Außerdem muss der Roboter warten, bis Bauteilschwingungen am Ende der Trajektorie ausreichend abgeklungen sind, um das Bauteil in einer Vorrichtung zu befestigen.

Im Rahmen dieses Vorhabens wird eine mathematische Begründung für die Möglichkeit und den Ansatz zur Optimierung der Arbeit eines Roboter-Manipulators mit einem flexiblen Bauteil aus dünnem Metall erarbeitet. Konkret geht es um die Steuerung des Roboters, die die Zykluszeit minimiert: sowohl die Gesamtzeit für die Bewegung des Bauteils als auch die Dämpfung der Schwingungen am Ende der Trajektorie bis auf ein akzeptables Niveau. 

In dem beantragten Vorhaben werden Erkenntnisse der Theorie der Differentialgleichungen und der nichtlinearen Analyse mittels vorhandener Roboter-Teststände, Sensoren und realen flexiblen Bauteilen mit folgenden Zielsetzungen überprüft:

• Untersuchung des Einflusses verschiedener Parameter auf die Dynamik der dünnen Platte.

• Auswahl eines Modells der dünnen Platte, das am besten der dünnen Metallkomponente und den durchgeführten Manipulationen entspricht.

• Entwicklung eines Regelungssystems mit Rückkopplung zur Minimierung der Zykluszeit und Untersuchung der Steuerbarkeit des Systems.

• Entwicklung eines Beobachters auf Basis eines Sets von Sensoren, die für die reale Produktion geeignet sind, und Validierung der Beobachtbarkeit des Systems.