Schlagwort: ‘Bahnplanung’
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.
IGOR Tper: der Roboter mit nicht-sphärischem Handgelenk
Die nächste Generation unseres Roboters ist entworfen. Der neue Roboter heißt IGOR Tper. Dieser Roboter hat ein nicht sphärisches Handgelenk, wodurch die Bewegungsplanung für den Roboter anspruchsvoll wird.
Ansprechpartner:
Markus Schmitz
Entwicklung neuer Handgelenke für den Paragrip
In einem gemeinsamen Forschungsprojekt des IGMR mit dem ISF der RWTH Aachen wird an der Multidirektionalen Additiven Fertigung (MDAM) metallischer Bauteile geforscht. Um den mehrarmigen Paragrip-Roboter für diesen Einsatzzweck zu optimieren hat der Student Raphael Hoffmann im Rahmen seiner Bachelorarbeit ein innovatives Konzept neuer Handgelenke erarbeitet. Dieses ermöglicht es, den Schweißstrom ohne ein sonst zusätzlich benötigtes Massekabel direkt über die Handgelenke zu leiten. Darüber hinaus ermöglichen sie ein formschlüssiges Greifen des Druckbettes mit Selbstzentrierung zum Minimieren von Positionierungsungenauigkeiten.
Weitere Informationen zu dem Projekt könnt ihr hier nachlesen.
Das Video dazu findet ihr auf unserem YouTube Kanal: https://youtu.be/VdT1rjYG4D0
Ansprechpartner:
Wie Baustellenroboter eine Wand bearbeiten
Der eigens entwickelte Roboter verfügt über 7 Freiheitsgrade, die ausschließlich über Drehgelenke realisiert werden. Durch die Redundanz kann der Roboter auch in verwinkelten Situationen wie Fluren oder Nischen seine volle Leistung entfalten. Im Video ist auf der linken Seite eine vertikale Trajektorie zu sehen, in der der Roboter vom Boden bis in eine Höhe von 2,50m eine Wand bearbeitet. Das Video auf der rechten Seite zeigt das horizontale Abzeilen einer Wand unmittelbar vor dem Roboter.
Weitere Informationen zu diesem Projekt findet ihr auf der IGMR Website.
Ansprechpartner:
ReConBot – Ein rekonfigurierbarer Roboter
Durch die gezielte Beeinflussung der Roboterstruktur in Form von zusätzlichen Gelenken, können rekonfigurierbare Roboter synthetisiert werden. Diese zeichnen sich über zusätzliche innere Freiheitsgrade aus, welche eine innere Beweglichkeit des Roboters erlauben, ohne eine Posenänderung des Endeffektors zu bewirken. Dies wird häufig bei seriellen Strukturen zur Vermeidung von Kollisionen eingesetzt, wobei sich aber auch parallele Strukturen mit geschlossenen kinematischen Ketten dazu eignen. Am IGMR wurde der ReConBot als parallele Struktur entwickelt, welche durch die kinematische Redundanz auch für einen Strukturwechsel geeignet ist. So ist es möglich unterschiedlichste Konfigurationsräume miteinander zu verbinden und auch die Struktur von einem Vierglied oder Fünfglied zu realisieren, indem sonst aktuierte Gelenke antriebslos geschaltet werden. Der ReConBot zielt auf den hochflexiblen Einsatz in den anspruchsvollen Szenarien des Katastrophenschutz ab.
Ansprechpartner:
Manipulatorspezifische Pfadplanung für die Multidirektionale Additive Fertigung
In einem gemeinsamen Forschungsprojekt des IGMR mit dem ISF der RWTH Aachen wird an der Multidirektionalen Additiven Fertigung metallischer Bauteile geforscht.
Mithilfe der Multidirektionalen Additiven Fertigung (MDAM) wird das schichtweise Aufbauen komplexer Bauteile ohne Stützstrukturen ermöglicht. Durch das Bewegen der Grundplatte mittels eines Industrieroboter bei gleichzeitig feststehender Schweißpistole kann das zu druckende Bauteil stets so ausgerichtet werden, dass Stützstrukturen vermieden werden können. Die besondere Herausforderung liegt hierbei in der Berücksichtigung besonderer Schweißverfahren mit externer Drahtzuführung sowie der Verwendung mitgeführter Sensorik zur Prozessüberwachung. Dadurch ergibt sich eine Abhängigkeit der Orientierung der Schweißpistole relativ zum aktuell gedruckten Pfad.
Im Rahmen seiner Masterarbeit entwickelte Jan Wiartalla einen Pfadplanungsalgorithmus, der hierfür innerhalb vorgegebener, ebener Bauteil-Slices einen ausführbaren und nach Möglichkeit kontinuierlichen Pfad berechnet, der die Querschnittsfläche vollständig ausfüllt. Dieser ist roboterspezifisch, sodass der Algorithmus stets den aktuell eingesetzten Roboter und dessen Limitierungen berücksichtigt. Durch eine standardisierte Schnittstelle kann das Robotermodell einfach ausgetauscht und der Algorithmus so schnell an unterschiedliche Testumgebungen adaptiert werden. Das Video illustriert in vereinfachter Weise das Vorgehen des Algorithmus.
https://youtu.be/chuD57ja9JE
Ansprechpartner:
Multidirektionale Additive Fertigung im Lichtbogenschweißverfahren
Im Zusammenarbeit mit dem ISF, RWTH Aachen forschen wir am IGMR an der Multidirektionalen Additiven Fertigung. In dieser Anwendung zur Herstellung von Metallbauteilen.
Die Multidirektionale Additive Fertigung ermöglicht sowohl im klassischen FDM-Verfahren mit Kunststoff als auch bei schichtweisen Aufbau im Lichtbogenschweißverfahren die Herstellung von komplexen Bauteilen ohne Stützstrukturen. Am IGMR wird dazu die gesamte Prozesskette der Additiven Fertigung auf die besonderen Herausforderungen dieses Verfahren aus robotischer Sicht erweitert. Dazu gehört die Zerlegung eines virtuellen Bauteils in Schichten (Slicing), die anschließende Planung eines kollisionsfreien Aufbaus, die Generierung von ausführbaren Roboterpfaden zum Ausfüllen der Schichten sowie der notwendigen Trajektorienplanung.
https://youtu.be/vYejNjBSUp8
Ansprechpartner:
Markus Schmitz
Carlo Weidemann
