Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Kooperation und Kollaboration mit Schwerlastrobotern - Sicherheit, Perspektive und Anwendungen

2020 , Surdilovic, Dragoljub , Bastidas Cruz, Arturo , Haninger, Kevin , Heyne, Philipp

Kollaborative Roboter mit hoher Nutzlast stehen vor Herausforderungen beim mechatronischen Design und der Definition von Rollen zwischen Mensch und Roboter. Die ersten in zahlreichen Forschungsprojekten entwickelten Prototypen der kollaborativen Schwerlastroboter haben gezeigt, dass solche Roboter dem Menschen bei der Handhabung von Schwerlasten enorm helfen, und ihn dadurch vor gesundheitsschädlichen Arbeitsbelastungen schützen. Durch leistungsstarke Sensorik und fortgeschrittene Steuerungstechnik wird diese Aufgabe machbar. Dabei ist es auch möglich, die strengen Bedingungen der Sicherheitsstandards, wie bei kleinen Robotern, zu erfüllen und Sicherheit der Menschen trotz höherer Trägheit des Roboters und höherer Lasten zu gewährleisten. In diesem Beitrag werden diese Herausforderungen im Kontext mehrerer Taxonomien der Mensch-Roboter-Kollaboration und industrieller Anwendungen analysiert und erklärt.

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Assistenzsysteme für die Produktion

2017 , Kraus, Werner , Stelzer, Patrick , Trostmann, Erik , Surdilovic, Dragoljub

Die zunehmende Individualisierung und Personalisierung von Produkten führt zu geringen Losgrößen sowie einer hohen Variantenvielfalt und erhöht damit die Komplexität der Produktion. Diese Herausforderungen machen den Menschen mit seiner Flexibilität sowie seinem strategischen und lösungsorientierten Denken auch in unvorhergesehenen Situationen unverzichtbar. Gleichzeitig führt der demografische Wandel zu einer älteren Belegschaft. Um die Gesundheit der Mitarbeiter zu sichern und eine gleichzeitig hohe Produktqualität zu gewährleisten, sind daher Assistenzsysteme zur Unterstützung des Menschen im Produktionsumfeld eine mögliche Lösung.

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Simulation, Steuerung und Planung von parallelen Seilrobotern der IPAnema-Familie

2014 , Pott, Andreas , Kraus, Werner , Surdilovic, Dragoljub , Radojicic, Jelena

Parallele Seilroboter sind eine konsequente Weiterentwicklung von Kranen hin zu universellen Handhabungssystemen. Die Anwendung von Steuerungstechnik aus der Robotik auf die etablierte Krantechnik erlaubt es, viele Vorteile der autonomen Roboter auch im Umfeld von Kranen zu nutzen. Gleichzeitig können die Alleinstellungsmerkmale von Kranen bezüglich sehr großer Lasten und sehr großer Bewegungsbereiche erhalten werden. In diesem Beitrag werden die Grundlagen zum Thema Seilroboter dargestellt und aufgezeigt, worin die besonderen Vorteile von Seilrobotern liegen. Weiterhin wird anhand des Aufbaus einer Robotersteuerung gezeigt, durch welche Module diese Steuerung für die Ansteuerung von Seilrobotern ergänzt werden kann. Hier ist insbesondere die kinematische Transformation zu nennen, die die notwendigen Bewegungen der Winden für eine gewünschte Bewegung der Last liefert. Potenzielle Einsatzszenarien von Seilrobotern wurden anhand der Applikationsbeispiele des IPAnema 3 Systems skizziert.

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Bounded Collision Force by the Sobolev Norm: Compliance and Control for Interactive Robots

2019 , Haninger, Kevin , Surdilovic, Dragoljub

A robot making contact with an environment or human presents potential safety risks, including excessive collision force. While experiments on the effect of robot inertia, relative velocity, and interface stiffness on collision are in literature, analytical models for maximum collision force are limited to a simplified mass-spring robot model. This simplified model limits the analysis of control (force/torque, impedance, or admittance) or compliant robots (joint and end-effector compliance). Here, the Sobolev norm is adapted to be a system norm, giving rigorous bounds on the maximum force on a stiffness element in a general dynamic system, allowing the study of collision with more accurate models and feedback control. The Sobolev norm can be found through the H 2 norm of a transformed system, allowing efficient computation, connection with existing control theory, and controller synthesis to minimize collision force. The Sobolev norm is validated, first experimentally with an admittance-controlled robot, then in simulation with a linear flexible-joint robot. It is then used to investigate the impact of control, joint flexibility and end-effector compliance on collision, and a trade-off between collision performance and environmental estimation uncertainty is shown.

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Assistenzsysteme. Personalisierbare Assistenzkinematiken und am Körper getragene Hebehilfen

2017 , Kraus, Werner , Lefint, Jérémy , Müller, Veit , Schwarz, Oliver , Stelzer, Patrick , Surdilovic, Dragoljub , Trostmann, Erik

Die zunehmende Individualisierung und Personalisierung von Produkten führt zu geringen Losgrößen sowie einer hohen Variantenvielfalt und erhöht damit die Komplexität in der Produktion. Diese Herausforderungen machen den Menschen mit seiner Flexibilität sowie seinem strategischen und lösungsorientierten Denken auch in unvorhergesehenen Situationen unverzichtbar. Gleichzeitig führt der demographische Wandel zu einer älter werdenden Belegschaft Um die Gesundheit der Mitarbeiter zu sichern und eine gleichzeitig hohe Produktqualität zu gewährleisten, sind Assistenzsysteme zur insbesondere ergonomischen Unterstützung des Menschen im Produktionsumfeld eine mögliche Lösung.

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Interaktionsfähige intrinsisch sichere Roboter für vielseitige Zusammenarbeit mit dem Menschen

2018 , Surdilovic, Dragoljub , Bastidas Cruz, Arturo , Radojicic, Jelena , Heyne, Philipp

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Geschickte Roboter für die Montage

2016 , Surdilovic, Dragoljub , Radojicic, Jelena , Bastidas Cruz, Arturo , Konz, Barbara , Heyne, Philipp

Die jüngsten Nachrichten über die "Ausmusterung" konventioneller Roboter aus den Montagelinien wegen unzureichender Flexibilität und mangelnder Fertigkeiten im Vergleich zu menschlichen Werkern waren für Forscher, die sich intensiv mit der Entwicklung zukunftsorientierter, geschickter Roboter befassen keine große Überraschung. Denn die Produktion von Bauteilen mit kundenspezifischen Merkmalen verlangt neue Robotersysteme mit der Fähigkeit, sich in kurzer Zeit an neue Produktvarianten oder Aufgaben anzupassen.

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