Kategorie: ‘ROS’
Kollisionsfreie Trajektorienplanung für wachsende Bauteile in der robotergestützten Fertigung
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Im Rahmen des Forschungsprojekts FunkDAF untersucht das IGMR gemeinsam mit dem MSE und dem VCI der RWTH Aachen die Grenzen der additiven Fertigung. Unser Fokus liegt auf der multidirektionalen Fertigung: Anstatt Bauteile wie beim herkömmlichen 3D-Druck in planare Schichten zu zerlegen, generieren wir Druckpfade basierend auf Spannungsdaten, um lastpfadgerechte und somit stabilere Strukturen zu schaffen.
Die Kinematik: Wir nutzen einen 6-Achs-Industrieroboter in einer „Robot-Guided“-Konfiguration. Dabei führt der Roboter das Druckbett samt Bauteil unter einem stationären Extruder. Diese Nutzung aller sechs Freiheitsgrade ermöglicht den Druck komplexer, nicht-planarer Geometrien und erlaubt es, Bauteilabschnitte in variablen Orientierungen zur Schwerkraft zu fertigen.
Die Herausforderung: Die Trajektorienplanung für solche Systeme ist hochkomplex. Anders als bei statischen Druckbetten bewegen wir hier ein dynamisch wachsendes Werkstück im Raum. Das Bauteil selbst wird während des Prozesses zu einem potenziellen Kollisionsobjekt gegenüber der Düse und der Umgebung. Erschwerend kommt hinzu, dass der Extrusionsprozess zwingend einen minimalen Arbeitsabstand zur stationären Düse erfordert. Die Pfadplanung muss also nicht nur die Extrusion berücksichtigen, sondern auch präzise berechnen, wie sich das Bauteilvolumen verändert.
Besonders kritisch sind die Travelpfade (Leerfahrten) zwischen einzelnen Drucksegmenten. Hier muss der Roboter das Bauteil oft vollständig umorientieren, um den nächsten Abschnitt kollisionsfrei zu erreichen. Unsere aktuellen Experimente (siehe Bilder) demonstrieren dies eindrucksvoll:
- Helix auf Zylinder: Erfordert eine kontinuierliche, koordinierte Rotation, um Material auf einer gekrümmten Oberfläche abzulegen.
- Orthogonale Quader: Zeigen die Fähigkeit, durch eine 90°-Umorientierung Überhänge ohne Stützstrukturen zu drucken.
Ansprechpartner: Mark Witte
Weitere Informationen zum Projekt finden Sie hier.
FunkDAF: Mehrdimensionale additive Fertigung
Am IGMR arbeiten wir im Rahmen des DFG-geförderten Forschungsprojekts FunkDAF gemeinsam mit den Instituten MSE und VCI an der nächsten Generation der additiven Fertigung: der schichtlosen, mehrdimensionalen Materialdeposition.
🔹 Was bedeutet das?
Durch multiaxiale additive Fertigung mit einem robotergeführten Druckbett können wir Material entlang von Spannungsverläufen gezielt ablegen. Dies führt zu einer verbesserten Materialausnutzung und reduziert die Nachteile des schichtweisen Aufbaus.
🔹 Unsere Herausforderungen:
– Präzise Roboterführung entlang der Druckpfade
– Synchronisation von Extruder und Roboterbewegung
– Konstante Druckgeschwindigkeit für höchste Qualität
Die Druckpfade werden am VCI aus FEM-Spannungsdaten generiert – so entstehen mechanisch optimierte Strukturen. 💡
Ansprechpartner:
Mark Witte – witte@igmr.rwth-aachen.de
Automatisierte robotische Demontage – Schraubenerkennung und -entfernung für das Recycling von EV-Batterien
Vollautomatische Demontage mit Präzision!
Unser neues robotisches System revolutioniert die Demontage von E-Auto-Batterien. Mithilfe des Neura Lara 8 Roboters und modernster Bildverarbeitungstechnologien erkennen wir Schrauben vollautomatisch und positionieren den Roboter präzise, um sie sicher zu entfernen.
Durch die Integration von YOLOv8 und Intel RealSense Tiefenkameras kann das System Schrauben in Echtzeit lokalisieren und selbstständig die optimale Positionierung vornehmen. Kein manuelles Eingreifen nötig – das System arbeitet komplett autonom!
Unser Ziel: Den Recyclingprozess sicherer, schneller und effizienter zu machen. Weniger Risiken für die Arbeiter und gleichzeitig eine Maximierung der Rohstoffrückgewinnung. Das ist die Zukunft der Kreislaufwirtschaft!
Weitere Informationen zu #dimonta findet ihr hier.
Ansprechpartner:
Markus Schmitz
Daniel Gossen
Simulation einer teilautomatisierten, robotischen Fliesenlegehilfe
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Im Rahmen des ErgoFli Projekts wird in Zusammenarbeit mit Projektpartnern ein innovatives System entwickelt, das Fliesenverlegern helfen soll, ihre Arbeit ergonomischer und effizienter zu gestalten.
In dem Video könnt ihr sehen, wie das System in der Simulationsumgebung Gazebo arbeitet. Der Roboter entnimmt automatisch Fliesen aus einem Magazin und passt sie perfekt zu den bereits verlegten Fliesen an. Mit automatischen Verfahren können mehrere Fliesen hintereinander verlegt werden, um den Arbeitsprozess zu optimieren.
Unser Ziel ist es, ein Hilfsmittel zu schaffen, das nicht nur die Arbeitsbelastung für Fliesenleger reduziert, sondern auch ihre Arbeitsumgebung verbessert. Wir sind begeistert von den Fortschritten und freuen uns darauf, euch bald weitere Einblicke zu geben!
Erfahre hier noch mehr über das Projekt.
Ansprechpartner:
Mark Witte
Jan Wiartalla
Entwicklungen mit der Trapo GmbH
Das IGMR – RWTH Aachen unterstützt die Trapo GmbH bei der Weiterentwicklung und Integration von Trajektorieplanung- und Trajektorieausführungsalgorithmen für den neuen Trapo Loading System Roboter. Im Vergleich zum alten TLS, wird die Navigation vom neunen TLS mit dem MoveBase Framework des Robot Operating Systems (ROS) realisiert. Zu diesem Zweck haben wir zusammen mit der Trapo GmbH eine Sonderkonfiguration für eine autoähnliche Kinematik (car-like structure) für den lokalen Planner von MoveBase erstellt. Der neue TLS wurde zuletzt auf der LogiMat Messe vorgestellt.
Ansprechpartner:
Daniel Gossen
Interaktives Lernen von ROS: Der neue Kurs in RWTHJuypter
Wir freuen uns, unseren neuesten ROS-Kurs vorstellen zu dürfen, der als JupyterHub unter RWTHJuypter eingebunden ist. Dieser Kurs bietet eine interaktive Möglichkeit, die Grundlagen von ROS (Robot Operating System) zu erlernen und zu vertiefen.
ROS ist ein Open-Source-Framework, das es Entwicklern ermöglicht, die Steuerung von Robotern und deren Sensorik einfacher zu gestalten. Es bietet eine Vielzahl von Tools und Bibliotheken, die es ermöglichen, die Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten eines Roboters zu vereinfachen und die Entwicklung von Anwendungen zu beschleunigen.
Unser Kurs deckt die wichtigsten Themen ab, die für die Arbeit mit ROS erforderlich sind. Dazu gehören unter anderem die Verwendung von ROS-Nodes, Topics, Services und Actions, die Verwendung von ROS-Bibliotheken wie tf (transform library) und moveit (motion planning library), sowie die Entwicklung eigener ROS-Pakete. Auch die Arbeit mit verschiedenen Roboterplattformen wird behandelt.
Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Verwendung von Jupyter Notebooks, um die Inhalte des Kurses interaktiv und anschaulich zu vermitteln. Dies ermöglicht es den Teilnehmende, die Beispiele und Aufgaben direkt im Kursumgebung auszuführen und die Ergebnisse direkt zu sehen.
Wir danken der Firma Quantstack für die Unterstützung bei der Entwicklung des Kurses und deren Entwicklungen an JupyROS. Durch die Verwendung von Jupyter Notebooks und jupyros konnten wir eine intuitive und benutzerfreundliche Umgebung schaffen, die es ermöglicht, ROS schnell und einfach zu erlernen.
Wir hoffen, dass unser ROS-Kurs sowohl für Einsteiger als auch für fortgeschrittene Entwickler von Nutzen sein wird und freuen uns auf zahlreiche Teilnehmende.
Ansprechpartner: Markus Schmitz
Rückblick Summerschools ROBO und ROCNI 2022
Die Summerschool dient zur Weiterbildung und Vertiefung von Wissen interessierter Studierender. Die Summerschool ROBO und ROCNI werden durch die International Academy (IntAc) angeboten und vom Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik (IGMR) an der RWTH Aachen University durchgeführt. Die theoretischen Grundlagen werden durch die praktische Anwendung von Simulationen und am realen Roboter im Labor des IGMR erweitert.
Ansprechpartner:
Carlo Weidemann
Vorstellung des Projekts „ErgoFli“ auf dem KT-Kolloquium 2022
Das Ziel des ZIM-geförderten Projekts „ErgoFli“ ist es, eine intelligente, halbautomatisierte Fliesenlegehilfe zu entwickeln. Diese soll nicht ergonomische Haltungen von Fliesen legenden Personen durch ihre intuitive Benutzerschnittstelle, das automatisierte Handhaben von Fliesen und Fliesenkleber sowie eine intelligente Steuerung um bis zu 66% reduzieren. Der ErgoFli kann mit einem motorisierten Antrieb verfahren werden und nutzt eine lineare Verlegekinematik zum Verlegen von Fliesen ohne direkten Wandkontakt im Buttering-Floating-Verfahren. Es können Fliesen in den beiden Formaten 30×60 cm bzw. 60×60 cm im Kreuzverband verlegt werden. Der Roboter besitzt Speicher für Fliesen und Fliesenkleber, sodass er mindestens 30 Minuten ohne Nachfüllen verwendet werden kann und schafft eine Verlegeleistung von 12 m2 in der Stunde bei gleichzeitiger Gewährleistung der entsprechenden normgerechten Ebenheitstoleranzen.
Mithilfe eines digitalen Zwillings konnte bereits ein früher Prototyp in verschiedenen Szenarien getestet werden. Während die Konstruktion des Prototyps in gängiger CAD-Software erfolgt, wird das jeweils aktuelle Modell parallel in die Simulationsumgebung Gazebo eingebunden. Dies ermöglicht das kontinuierliche Integrieren und Testen von Softwarepaketen der Steuerung in anwendungsnahen Szenarien. Über eine Closed-Loop Simulation können beispielsweise reale Testdaten an den digitalen Zwilling übertragen werden. So werden die drei Laser-Profilsensoren des Fliesengreifers sowieso Sauggreifer auf einem prototypischen Greifer befestigt und an einem UR10 Roboterarm montiert. Die Messwerte der Sensoren können dann trotz unterschiedlicher Kinematiken auf den digitalen Zwilling in der Simulation übertragen werden. Auf diese Weise kann die Positionsregelung des Greifers über die Vermessung der Fugenbreiten bereits frühzeitig im Gesamtsystem integriert werden.
Ansprechpartner:
Jan Wiartalla
Marius Gürtler
Erste Bewegung des PARAGRIPs mit neuer Steuerung
Um für seine zukünftigen Aufgaben in der Multidirektionalen Additiven Fertigung (MDAM) mittels Lichtbogenschweißen (WAAM) optimal gewappnet zu sein, wurde die Steuerungsarchitektur des PARAGRIPs grundlegend überarbeitet. Ab sofort können Bewegungen aller vier Arme unter ROS2 mit MoveIt geplant, simuliert und am echten Roboter ausgeführt werden. Dabei werden die Gelenkstellungen des physischen Roboters stets an ROS2 zurückgespielt, wodurch eine Integration von online-Planungsalgorithmen in der Zukunft ermöglicht wird. Das Video zeigt die Planung und Ausführung einer einfachen Testbewegung des PARAGRIPs.
Weitere Informationen zu dem Projekt findet ihr hier.
Ansprechpartner: Jan Wiartalla
Ein mehrschichtiger Task-Sequencing-Ansatz
Cobots sind bei Fertigungsunternehmen im Gegensatz zu vollautomatischen Produktionslinien sehr gefragt, da sie den zusätzlichen Vorteil eines flexiblen Betriebs bieten. Eine große Herausforderung bei den derzeitigen kollaborativen Systemen sind die langwierigen Setup-Zeiten für eine effiziente und robuste Mensch-Roboter Kollaboration sowie die schlechte Unterstützung für zufällige Unterbrechungen.
Dieses Projekt zielt darauf ab, autonome kollaborative Prozessschritte für serielle Manipulatoren zu ermöglichen, bei denen Unterbrechungen durch menschliches Eingreifen auftreten können. Zu diesem Ziel werden zwei Hauptaspekte behandelt, die die Ausführung von Aufgaben beeinflussen, nämlich die Ausführungszeit und die Kollaboration:
1. Eine Methode zur Minimierung der zurückgelegten Gesamtstrecke wird entwickelt, in der die für die jeweilige Aufgabe optimale Sequenz von Prozessschritten unter Beibehaltung der Online-Betriebsfähigkeiten eingehalten wird.
2. Ein Echtzeit-Algorithmus wird entwickelt und implementiert, der die Mersch-Roboter Kollaboration in Umgebungen mit zufälligen Unterbrechungen ermöglicht. Das Ziel ist den Betrieb auch dann aufrechtzuerhalten und die Sicherheit der menschlichen Mitarbeiter zu gewährleisten, wenn Bereiche des Arbeitsraums verdeckt sind.
Ein Beispiel für den Einsatz auf einer Prototyp-Plattform, bestehend aus einem kollaborativen UR10e-Arm, einer Stereokamera zur statischen Umgebungserfassung und einem Laserscanner zur Erfassung von dynamischen Hindernissen, wird im Video gezeigt.
Ansprechpartner: Daniel Gossen
Musik: madiRFAN – Both of Us (https://pixabay.com/music/beats-madirfan-both-of-us-14037/)
Das Video auf unserem Kanal: hier.
