Seilrobotik

Umdrehungen ohne Ende

Seilroboter mit endloser Rotationsachse. Am ISW der Universität Stuttgart werden Seilrobotersysteme erforscht, so auch ein Seilroboter mit endloser Rotationsachse. Durch die Verwendung von Seilen als antreibende Elemente ergeben sich neue Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere für erweiterte Handlingaufgaben.

Seilroboter-Versuchsstand am ISW. © Uni Stuttgart

Seilroboter sind Sonderbauformen paralleler Roboter und Mechanismen. Bei konventionellen parallelen Robotern kommen starre Gelenke als Antriebselemente zum Einsatz, welche bei Seilrobotern durch Seile ersetzt werden. Die wohl bekannteste Anwendung eines parallelen Seilroboters ist die SpiderCam (spidercam.tv), welche aus einem Kamerasystem besteht, das mit vier Seilen über die Flächen von Stadien, Konzerten oder andere Großveranstaltungen bewegt wird. Neben den Anwendungsbereichen in der Unterhaltungsindustrie können Seilrobotersysteme auch als industrielle Handhabungssysteme zum Einsatz kommen, um beispielsweise Objekte hochdynamisch transportieren zu können.

Am ISW wurden mehrere Versuchsstände für die experimentelle Untersuchung von Seilrobotern aufgebaut. Ein der am Institut verfügbarer Seilroboter besteht in seinen Grundkomponenten aus Seilen als kraftübertragende Elemente, Winden zum Auf- und Abwickeln der Seile, dem Rahmengestell zur Befestigung der Winden, einer industriellen Steuerung zur echtzeitfähigen Ansteuerung der Seilwinden und der beweglichen Plattform als Montagevorrichtung eines Endeffektors. Durch die redundante Verspannung der Plattform mit den Seilen ergeben sich für Seilroboter folgende Vorteile: Zu Industrierobotern vergleichbar hohe Steifigkeiten, große und flexible Arbeitsräume sowie hohe erreichbare Geschwindigkeiten und Beschleunigungen.

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Bei konventionellen Seilrobotern ist die Rotationsfähigkeit der Plattform auf maximal plus/minus 45 Grad um die jeweiligen Raumachsen beschränkt und hängt zusätzlich von der angefahrenen Position im Arbeitsraum ab. Diese Eigenschaften beschränken die Anwendungsgebiete für konventionelle Seilroboter. Um die Rotationsfähigkeit zu erhöhen, können Seilroboter mit zusätzlicher Aktorik ergänzt werden, jedoch muss die erweiterte Rotationsfähigkeit mit zusätzlichem Gewicht und einer Medienzuführung auf Kosten des Arbeitsraums erkauft werden. Zudem verringert sich die Nutzlast sowie die maximal erreichbare Dynamik des Seilroboters.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird im Forschungsprojekt „Endless Z“ ein neuartiges Konzept untersucht, welches die zusätzliche Aktorik durch den Einsatz von weiteren Seilen vermeidet. Ein möglicher Entwurf ist es, die Roboterplattform durch eine Kurbelwellengeometrie zu ersetzen. Hierbei müssen die zusätzlichen Freiheitsgrade durch die hinzugefügten Rotationsgelenke in der kinematischen Beschreibung berücksichtigt werden. Neben der Kurbelwellengeometrie sind auch andere Konzepte Gegenstand der Forschung. Für die Untersuchungen werden bestehende Algorithmen zur Berechnung der Arbeitsräume sowie Seil-Seil und Seil-Plattform Kollisionen für diese Spezialfälle im Bereich Seilrobotik weiterentwickelt. Hierdurch sollen weitere Anwendungsgebiete für Seilroboter erschlossen werden, bei denen eine hohe Rotationsfähigkeit benötigt wird.

T. Reichenbach, A. Verl/as

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