Anregungskonzepte und Modellierung piezoelektrischer Trägheitsmotoren
Dipl.-Ing. Matthias Hunstig, Dr.-Ing. Tobias Hemsel, Prof. Dr.-Ing. habil. Walter Sextro
Universität Paderborn, Mechatronik und Dynamik
Piezoelektrische Trägheitsmotoren nutzen die Trägheit einer bewegten Masse, um diese in kleinen Schritten durch abwechselnde Haft- und Gleitreibungsphasen voranzutreiben. Eine Kernfrage bei der Entwicklung eines piezoelektrischen Trägheitsmotors ist, welches elektrische Ansteuersignal für das gewünschte Motorverhalten optimal ist. Das elektrische Signal führt zu einer Bewegung des piezoelektrischen Aktors und damit der Antriebsstange, die den reibschlüssigen Vortrieb bewirkt. Entsprechend wird diese Fragestellung in zwei Teilen untersucht: Anhand eines Starrkörpermodells werden zunächst Bewegungsverläufe für die Antriebsstange ermittelt, mit denen die maximale Geschwindigkeit erreicht wird. Dabei werden drei Antriebsmodi identifiziert. Mit allen kann eine höhere Geschwindigkeit als mit der heute häufig verwendeten Sägezahnanregung erreicht werden. Anschließend wird ein einfaches dynamisches Modell eines piezoelektrischen Aktors genutzt, um die notwendigen elektrischen Ansteuersignale für die verschiedenen Antriebsmodi zu bestimmen. Es zeigt sich, dass das gewählte einfache Modell hierzu nur bedingt geeignet ist.
Entwicklung einer integrierten Kraftmessung für Antriebsmodule im Humanoiden Roboter
Prof. Albert Albers, Dipl.-Ing. Markus Frietsch, Dipl.-Ing. Christian Sander, Dipl.-Ing. Jens Ottnad
IPEK - Institut für Produktentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Humanoide Roboter stellen ohne Zweifel äußerst komplexe mechatronische Systeme dar. Bei der Entwicklung dieser Systeme resultieren aus den Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Domänen besondere Herausforderungen. Dieser Beitrag gibt einen Einblick in die Entwicklungsarbeiten der nächsten Robotergeneration ARMAR im Sonderforschungsbereich 588 (SFB 588) für Humanoide Roboter. Das Einsatzszenario dieses Roboters ist als unterstützende Kraft dem Menschen im Haushalt, konkret in der Küche, aber auch in Zukunft in der gesamten häuslichen Umgebung, Arbeiten abzunehmen. Die hierdurch resultierende enge, direkte Interaktion von Mensch und Roboter macht ein gutes Sicherheitskonzept erforderlich. Hierzu ist die Messung der vom Roboter ausgeübten Kräfte von wesentlicher Bedeutung. Ein weiterer Punkt, der eine möglichst präzise Kraft- bzw. Momentenmessung erforderlich macht, ist die angestrebte „Nullkraftregelung“. Hierbei wird der Roboter vom Menschen geführt, um beispielsweise Bewegungsabläufe zu erlernen. Für die Realisierung dieser Kraft- bzw. Momentmessung werden in diesem Beitrag unterschiedliche Konzepte diskutiert und vorgestellt. Zur detaillierten Gestaltung der eingesetzten Komponenten werden FE-Simulationen durchgeführt, wodurch eine möglichst kompakte und integrierbare Bauweise mit ausreichender Genauigkeit und moderaten Herstellungskosten erzielt wird. Die gestaltoptimierten Komponenten der Kraftmessung wurden aufgebaut und getestet. Zur Validierung der Simulationsergebnisse wird ein Prüfstand genutzt, der einen für Humanoide Roboter typischen Antriebstrang nachbildet und den Abgleich mit Standardmesssystemen erlaubt. Diese Daten werden zur Umsetzung der gesamten Einheit aus Motor, Getriebe und Sensorik herangezogen.
Ansteuerungsentwicklung für ein roboterbasiertes, flexibles Handhabungswerkzeug zum automatisierten Absortieren von Zuschnitten
Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart
iwb TU München
M. Sc., Dipl.-Ing.(FH) Claudia Ehinger, Dipl.-Ing.(FH) Gerhard Straßer
iwb Anwenderzentrum Augsburg
In zahlreichen industriellen Anwendungen werden technische Textilien auf einem Schneidtisch zugeschnitten und anschließend manuell absortiert. Erstmals wurde am iwb Anwenderzentrum Augsburg ein Greifer entwickelt, welcher ein selektives Greifen der formlabilen Bauteile und somit ein automatisiertes Abräumen ermöglicht. Hierzu wird ein Niederdruckflächensauger verwendet, dessen Sauglöcher gezielt verschlossen werden können. Dadurch ist es möglich eine Saugkontur einzustellen und Zuschnitte selektiv zu greifen. Zur Ansteuerung des Handhabungswerkzeuges wurde ein Konzept umgesetzt, welches sich in drei domänenspezifische Module untergliedert. Das Softwaremodul berechnet auf Basis von Initialisierungsparametern und einer Liste an abzusortierenden Zuschnitten die notwendige Greifkonfiguration und überträgt diese an das I/O-Modul, wo die abstrakten Daten in Informationen für die Stellglieder umgewandelt und ausgegeben werden. Das Anschlussmodul stellt die physikalischen Anschlüsse für die benötigten Aktoren und Sensoren bereit und empfängt über einen seriellen Bus entsprechende Stellsignale vom I/O-Modul. Zu Testzwecken wurde eine graphische Oberfläche entworfen, welche es ermöglicht relevante Funktionen der Ansteuerung zu validieren.
