Aktive Schwingungsdämpfung eines Zerspanroboters mit Hybridantrieb

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 525070922

Aufgrund der geringen Investitionskosten bei einer gleichzeitig hohen Flexibilität, wird der Einsatz von Industrierobotern für die spanende Bearbeitung großvolumiger und leicht zerspanbarer Werkstoffe immer relevanter. Dem Vorteil des großen Arbeitsraum-zu-Bauraumverhältnis eines Industrieroboters mit Knickarmkinematik stehen jedoch Nachteile im Vergleich zu konventionellen Werkzeugmaschinen hinsichtlich geringer Bahngenauigkeit und hoher Schwingungsanfälligkeit gegenüber. Ursächlich hierfür ist vor allem die hohe Nachgiebigkeit der Robotergetriebe. Die bisherigen Lösungsansätze zur Verringerung der Strukturschwingungen verringern die Antriebsdynamik oder können im Fall der aktiven Schwingungsdämpfung die Schwingungsamplituden nur im µm-Stellbereich dämpfen. Des Weiteren wird bei den Methoden der aktiven Schwingungsdämpfung das posenabhängige Schwingungsverhalten der Roboterstruktur in den Regelungsalgorithmen nicht berücksichtigt. Ein vom IFW entwickelter Roboter mit Hybridantrieb verfügt durch einen zusätzlichen Torquemotor, parallel zu einem konventionellen Servoantrieb, über einen entsprechend großen Stellbereich. Aufgrund der Positionierung im Kraftfluss der Roboterstruktur, kann der zusätzliche Torquemotor daher zusätzlich zur aktiven Schwingungsdämpfung von Schwingungsamplituden im mm-Stellbereich befähigt werden. Der aktuell umgesetzte Regelalgorithmus führt zu einer Versteifung der Hybridachse, sodass Strukturschwingungen nicht gezielt gedämpft werden können. Strukturschwingungen werden so zu der unterlagerten Achse weitergeleitet. Es existieren derzeit kein Regelungsalgorithmen, mit denen Schwingungen von Industrierobotern bei sich ändernden Schwingungseigenformen aktiv kompensiert werden können. Zur aktiven Schwingungsdämpfung der Roboterstruktur mit Hilfe des Hybridantriebs sind daher modellbasierte Regelungsansätze erforderlich, die das nichtlineare, posenabhängige Schwingungsverhalten der Roboterstruktur berücksichtigen. Die übergeordnete Zielsetzung des Vorhabens ist das Vorliegen einer neuartigen Regelungsmethode zur aktiven Schwingungsdämpfung einer Roboterstruktur mit serieller Kinematik unter Berücksichtigung des posenabhängigen Schwingungsverhaltens. Zur Erreichung des Ziels wird zunächst ein multidimensionales Mehrkörpermodell zur Abbildung der relevanten posenabhängigen Strukturschwingungen der Roboterstruktur entwickelt. Aufbauend auf dem Mehrkörpermodell wird eine parametervariante Regelungsmethode erarbeitet. Abschließend werden die Grenzen des Dämpfungskonzepts im spanenden Prozess erforscht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen