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    Kooperation und Kollaboration mit Schwerlastrobotern - Sicherheit, Perspektive und Anwendungen
    ( 2020)
    Surdilovic, Dragoljub
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    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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    Bounded Collision Force by the Sobolev Norm: Compliance and Control for Interactive Robots
    ( 2019) ;
    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) ; ;
    Müller, Veit
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    Stelzer, Patrick
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    Surdilovic, Dragoljub
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    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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    Assistenzsysteme für die Produktion
    ( 2017) ;
    Stelzer, Patrick
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    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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    Geschickte Roboter für die Montage
    ( 2016)
    Surdilovic, Dragoljub
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    Radojicic, Jelena
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    Konz, Barbara
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    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.
  • Publication
    Simulation, Steuerung und Planung von parallelen Seilrobotern der IPAnema-Familie
    ( 2014)
    Pott, Andreas
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    Surdilovic, Dragoljub
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    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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    Seilbasierte Roboterkonzepte in der Krantechnik
    ( 2013)
    Surdilovic, Dragoljub
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    Radojicic, Jelena
    Komplexe Montageabläufe sperriger und komplexer Teile bei widrigen Wetterverhältnissen (z. B. Offshore-Montage) sind nach heutigem technischen Stand nur durch optimale Aufgabenverteilung zwischen automatisierten Systemen und erfahrenen Arbeitern effizient zu gestalten. Seilroboter tragen zur Entlastung der Menschen von monotoner, schwerer und oft gefährlicher körperlicher Montage-Arbeit bei, erhöhen die Montage-Effizienz, sparen die Kosten und kürzen den Zeitaufwand. Zu den neueren Entwicklungen gehört u. a. String-Man, der erste Seilroboter für die Rehabilitation. Er unterstützt den Wiederaufbau des Gleichgewichts und motorischer Funktionen neurologischer oder orthopädischer Patienten, z. B. nach einem Schlaganfall, Verletzungen oder Operationen an Knie und Hüftgelenken. Der Patient wird wie eine Marionette in das System eingehängt, damit er ohne Belastung Gangübungen durchführen kann. Analysiert wird auch der Arbeitsraum eines großflächigen seilbasierten Roboters (Abmessungen: 100 m×100 m×25 m) mit einem End-Effektor von 20 kg in zwei unterschiedlichen Fällen: Roboterkonfiguration mit vier Seilen und mit acht Seilen. Ein anschauliches Beispiel für die Problematik und die Möglichkeiten von Seilrobotern liefern die Montage und Fertigung von Großstrukturen, wie Flugzeugen, Schiffen, Windkraft- und Solaranlagen. Bei solchen sicherheitskritischen Anwendungen lassen sich die Seilroboter mit zusätzlichen Seilen erweitern, um die Sicherheit gegen den Ausfall einzelner Komponenten zu erhöhen oder den Arbeitsraum zu vergrößern. Eine besondere Innovation zum Seilrobotereinsatz, die im Mittelpunkt laufender Forschungsaktivitäten steht, ist das Konzept der sogenannten erweiterten Kransysteme. Die Grundidee ist dabei, die konventionellen Kransysteme für sehr schwere Bauteile mit einem zusätzlichen Seilroboter, der in Abhängigkeit von Bauteilgröße und Montageaufgabe aus mehreren Steuerseilen mit mobilen und im Raum einstellbaren Winden bestehen kann, zu erweitern. Das Kransystem übernimmt das Tragen und Grundpositionieren des Bauteils, das eine gemeinsame Plattform mit dem Seilroboter darstellt. Die zusätzlichen Seitenseile übernehmen die Feinpositionierung für die Montage sowie die Kompensation der Schwingungen und Abweichungen, die durch Störungen (z. B. Wind) entstehen können.
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    Fräsen von Freiformen in großvolumigen Natur- und Kunststeinwerkstücken
    (Fraunhofer IPK, 2011)
    Nguyen, Tuan-Minh
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    Manthei, Marcel
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    Surdilovic, Dragoljub
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    Reinkober, Sascha
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    Zhao, Hongqing
    Es wurde untersucht, in wie weit sich Werkzeuge auf Basis hochharter Schneidstoffe eignen, um dreidimensionale Strukturen in Natursteinwerkstoffen herzustellen. Weiterhin waren der Aufbau und die Nutzung eines Robotersystems zur Führung der Bearbeitungswerkzeuge Bestandteile des Projekts. Hierdurch soll die formgebende Vorbearbeitung von Natursteinwerkstücken, wie beispielsweise von Fassadenelementen oder Skulpturen, ermöglicht werden um die vorwiegend in Handarbeit durchgeführten Tätigkeiten zu (teil-)automatisieren. Betrachtet wurden die hochharten Schneidstoffe PCBN, PKD sowie CVD-Diamant und ergänzend dazu kommerziell erhältliche Natursteinbearbeitungswerkzeuge auf Diamantbasis. Als Versuchswerkstücke wurden Sandstein, Muschelkalkstein und Marmor verwendet, der Schwerpunkt lag hierbei auf Sandstein hoher Qualität (Bildhauerqualität). Für die Bearbeitung hat sich PKD als geeigneter Schneidstoff herausgestellt, da hierbei sowohl Trocken- als auch Nassbearbeitung möglich sind. Eine Verwendung von Werkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide unter Verwendung von PKD ist prinzipiell für die Natursteinbearbeitung geeignet. Weiterhin zeigte sich, dass eine Nassbearbeitung nicht nur schonender für die Werkzeuge ist, sondern auch einen großen Einfluss auf die Oberflächenbeschaffenheit bei der Bearbeitung von weichen Steinen wie beispielsweise Marmor hat. Es wurde ein funktionsfähiges Roboter-Spindel-System für die Fräsbearbeitung aufgebaut. Aufgrund der eingesetzten Standardwerkzeugschnittstelle ist es ebenfalls für andere Anwendungsbereiche geeignet. Während des Aufbaus und der Inbetriebnahme traten unvorhersehbare technische Herausforderungen auf, infolge derer die für Bearbeitungstests zur Verfügung stehende Zeit eingeschränkt war. Die mit dem System erreichbare Genauigkeit ist für eine Vorbearbeitung beim Fräsen ausreichend, die Endbearbeitung muss jedoch konventionell auf CNC Maschinen oder durch den Bildhauer durchgeführt werden.