Kompensation kinematischer Übertragungsfehler an Industrierobotern (HyComp II)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443677015

Industrieroboter (IR) bieten signifikante Vorteile gegenüber klassischen Werkzeugmaschinen in Bezug auf einen größeren Arbeitsraum, höhere Flexibilität und geringerer Kosten. Allerdings begrenzt die, im Vergleich zu den herkömmlichen Werkzeugmaschinen, geringere Bahngenauigkeit von IR die Anwendungsmöglichkeiten. Insbesondere bei Bearbeitungsaufgaben, bei denen die Bahntreue eine ausschlaggebende Größe für die Güte des Fertigungsprozesses darstellt, unterliegt die Genauigkeit von IR herkömmlichen Werkzeugmaschinen um einen Faktor von 100 bis 1000. Dieser Umstand verhindert den verbreiteten Einsatz von IR für viele Bearbeitungsverfahren. Gründe für die auftretenden Bahnfehler sind insbesondere in der nichtlinearen Dynamik der Robotergelenke bzw. deren Antriebsstrang zu suchen. Diese sind wiederum auf die eingesetzten Präzisionsgetriebe und deren Übertragungsfehler in Form eines Hystereseverhaltens sowie kinematischer Übertragungsfehler zurückzuführen. In der ersten Förderperiode wurde die Mehrdimensionalität (Last, Temperatur, Frequenz) des Hysterese- und Reibverhaltens von Robotergetrieben untersucht und modelliert. Darauf basierend wurde ein Verfahren zur Kompensation der hysteresebedingten Torsion entwickelt. An einem einachsigen Versuchsstand konnte gezeigt werden, dass dadurch der Schleppfehler um bis zu 90 % in Bezug auf die antriebsbasierte P-PI-Regelung ohne Kompensation reduziert wird. Der verbleibende Fehleranteil ist zu weiten Teilen auf die kinematischen Übertragungsfehler der Getriebe zurückzuführen. Diese sind jedoch für anspruchsvolle Bearbeitungsaufgaben noch zu groß. Der Kern der zweiten Förderperiode bildet die Untersuchung und Modellierung der Mehrdimensionalität der kinematischen Übertragungsfehler sowie deren Kompensation. Dadurch sollen IR ohne Zusatzsensorik dazu befähigt werden anspruchsvolle Bearbeitungsaufgaben auszuführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler