Von der Mechanik bis zur Regelung: Wie offene Robotik Prozesse neu definiert
Die steuerungsunabhängigen Robotermechaniken von autonox Robotics ermöglichen die direkte Integration in verschiedenste Steuerungsarchitekturen – ohne proprietäre Schnittstellen. So lassen sich Dynamik, Taktzeiten und Bewegungsabläufe gezielt optimieren – bis hin zur Feinabstimmung auf Antriebs- und Regelungsebene. Die Entkopplung von Mechanik und Steuerung schafft modulare, hochgradig anpassbare Robotiklösungen mit maximaler Interoperabilität. Praxisbeispiele zeigen Vorteile und Herausforderungen offener Robotiksysteme in praxisnahen Anwendungen.

Elisabeth Schärtl
Elisabeth Schärtl ist Expertin für Robotik, Automation und Geschäftsentwicklung. Nach ihrem Maschinenbaustudium an der TU München und einem MBA der Universitäten Augsburg und Pittsburgh war sie über ein Jahrzehnt in einem führenden Automatisierungsunternehmen tätig – zunächst im Bereich Sondermaschinenbau, später in der Innovationsentwicklung. Sie leitete die Automatisierung und strategische Geschäftsentwicklung in einem deutschen KI-Start-up und ist heute bei autonox Robotics für das Partnerprogramm LINKED Robotics verantwortlich. Als Mitglied des Vorstands von euRobotics aisbl engagiert sie sich für die Stärkung des europäischen Robotik-Ökosystems und die Verbindung von (KI-getriebener) Software mit Robotik.

Marcel Dzubba
Industrieroboter sind meist kostengünstiger als Werkzeugmaschinen und bieten größere Arbeitsräume. Aufgrund der seriellen Kinematik sowie Nachgiebigkeiten in Antrieb und Struktur ist ihre Positioniergenauigkeit jedoch begrenzt. Üblicherweise wird dies durch lineare Modelle kompensiert. Untersuchungen mittels Lasertracker zeigen jedoch, dass diese insbesondere bei großen Robotern nicht ausreichen. Zur Steigerung der Genauigkeit wurde daher ein elastokinematisches Vorsteuermodell entwickelt, das zusätzliche Nichtlinearitäten wie posenabhängige Reibung und den Einfluss des Gewichtsausgleichs berücksichtigt. Das Verfahren eignet sich insbesondere für quasistatische Anwendungen wie Handling, Qualitätssicherung und einfache Bearbeitungsaufgaben mit geringen Prozesskräften.

Johannes Clar
Der modulare Aufbau paralleler Seilroboter bietet eine einzigartige Möglichkeit zur Rekonfiguration der Robotergeometrie. Damit lassen sich Kollisionen mit Seilen vermeiden und der Energieverbrauch und sowie die Steifigkeit an die aktuelle Aufgabe anpassen.
Um diese Vorteile auch spontan während des Betriebs nutzen zu können, müssen die Geometrieänderungen automatisiert und ohne Vorplanung stattfinden. Hierfür wird eine echtzeitfähige Strategie zur Rekonfigurationsplanung auf Basis eines Geometrie-Kraft-Lösungsraums vorgestellt.

tba
Parallele Seilroboter kombinieren die Steifigkeit und Dynamik konventioneller paralleler Roboter mit der Reichweite und Traglast serieller Roboter. Durch den Einsatz von Seilen als antreibende Elemente ergibt sich ein leistungsfähiges, automatisierbares Robotersystem, das modular und flexibel in unterschiedlichsten Bereichen, wie beispielsweise der Handhabungstechnik, Bau- und Lagerlogistik sowie Unterhaltungstechnik, eingesetzt werden kann.
Im Vortrag werden die Herausforderungen und Lösungen bei der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb von Seilrobotern aufgezeigt und erläutert. Weiterhin wird beschrieben wie ein Seilroboter mit industriellen Komponenten aufgebaut und mit standardisierten NC-Programmen bewegt werden kann. Ein wichtiger Baustein hierfür sind echtzeitfähige Softwarekomponenten, die zur Steuerungslaufzeit ausgeführt werden. Diese werden am Beispiel der am Institut aufgebauten Seilroboter beschrieben. Zusätzlich erhalten Sie Einblicke in die Forschungsarbeiten des Instituts, welche die In-Betrieb-Rekonfiguration, die Antriebstechnik bewegter Seile und neuartige hybride Strukturen zur Realisierung einer endlosen Rotationsachse umfassen.

Lukas Zeh
Die Manipulation deformierbarer linearer Objekte (DLOs), wie Kabeln, ist aufgrund ihrer nichtlinearen Dynamik und vieler Freiheitsgrade eine Herausforderung in der Automatisierung. Es wird ein KI-basierter Ansatz präsentiert, welcher die datengetriebene Modellierung der Kabeldynamik mit einer modellprädiktiven Regelung zur gezielten Formsteuerung kombiniert .
Ein bidirektionales Long-Short-Term-Memory (biLSTM) Netzwerk wird mit synthetischen Daten aus der Simulationsumgebung MuJoCo trainiert, in der ein 50 cm langes Kabel durch 50 Kapseln dargestellt und zufällig deformiert wird. Das Netzwerk sagt die Kapselgeschwindigkeiten der nächsten Zeitschritte voraus.
Für die Regelung kommt ein stochastischer Model-Predictive-Path-Integral (MPPI) Regler zum Einsatz, der zufällige Trajektorien generiert, bewertet und die optimale Bewegungsstrategie ableitet.
Die Methode wurde in der Simulation und auf einem Franka Emika Panda Roboter getestet. Eine Intel Realsense Tiefenkamera erfasst dabei die aktuelle Kabelgeometrie. Experimente mit verschiedenen Kabeln und Einzeladern zeigen sowohl in der virtuellen als auch realen Umgebung robuste und präzise Formmanipulationen.

Haijia Xu
Bei komplexen CNC-Bearbeitungsprozessen stellen mehrachsige Werkzeugmaschinen hohe Anforderungen an die Vorschubplanung und Bahnverfolgung. Dabei stoßen klassische Steuerungen hinsichtlich Dynamik und Genauigkeit zunehmend an ihre Grenzen. In dieser Präsentation wird ein optimierungsbasierter Ansatz vorgestellt, der rückbegrenzte Bahnplanung mit modellbasierter Fehlerkompensation kombiniert. Durch modellgestützte Dynamikplanung und Vorsteuerung, die auf physikalischen und datengetriebenen Modellen basiert, lassen sich sowohl die Bearbeitungszeit als auch die Konturfehler aus Sicht der CNC deutlich reduzieren.

Chris Schöberlein, M.Sc.
Es wird ein modulares Verfahren zur Ermittlung zeitvarianter, extern einwirkender Lasten an elektromechanischen Achsen unter ausschließlicher Verwendung steuerungsinterner Signale präsentiert. Grundlage bildet die Trennung des Motordrehmomentsignals des Servomotors in einen lastbezogenen sowie betriebs- und bewegungsbedingte Anteile. Unter Verwendung neu bzw. weiterentwickelter Korrekturmodule werden sämtliche Drehmomentanteile modelliert und subtrahiert, die nicht der externen Last zuzuordnen sind. Die Identifikation der zugrundeliegenden Modelle erfolgt automatisiert und ohne zusätzliche Messtechnik oder Anregungsquellen. An einem neu konzipierten einachsigen Antriebsversuchsstand, welcher einerseits typische Bewegungssituationen elektromechanischer Achsen abbilden und andererseits beliebige artifizielle Lastfälle emulieren kann, werden die einzelnen Verfahrensbestandteile systematisch erarbeitet und experimentell untersucht. Der Funktionsnachweis wird anhand eines repräsentativen Prüfwerkstücks an einem Vertikal-Fräs-Bearbeitungszentrum erbracht.

Kurzbiografie:
Chris Schöberlein wurde am 30.05.1987 in Plauen/Vogtland geboren. Nach dem Abitur folgte eine Berufsausbildung zum staatlich geprüften Kraftfahrzeugmechatroniker mit dem Schwerpunkt Personenkraftwagentechnik. Dem schloss sich ein Studium im Fach Mikrotechnik/Mechatronik an der Technischen Universität Chemnitz mit der Vertiefungsrichtung Antriebs- und Bewegungstechnik an. Die Abschlussarbeit mit dem Titel „Konzept und beispielhafte Implementierung einer nichtinvasiven Identifikationsroutine an Werkzeugmaschinen wurde mit dem Studienpreis der SWE-EURODRIVE-Stiftung für hervorragende Abschlussarbeiten prämiert. Seit Juni 2016 ist Chris Schöberlein wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Forschungsabteilung Steuerungs- und Regelungstechnik an der Professur Produktionssysteme und -prozesse an der TU Chemnitz. Seine Forschungsschwerpunkte liegen im Bereich der Entwicklung antriebsbasierter Identifikations- und Überwachungsmethoden für elektromechanische Achsen. Er ist verheiratet und hat zwei Kinder.