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In den letzten Jahren hat sich in der industriellen Montage der Trend zu sinkenden Stückzahlen und hoher Variantenzahl verstärkt, was zu einem Umdenken bei der Gestaltung hybrider Arbeitsplätze geführt hat. In den so genannten Mensch-Roboter-Kollaborationen (MRK) werden Mitarbeitende durch Roboter von Routinetätigkeiten, wie z. B. dem Handling von Bauteilen, entlastet. Bei der Gestaltung dieser MRK-Applikationen spielen neben den Manipulatoren neuartige Effektoren eine zentrale Rolle. Bauteilspezifische und allgemeine Anforderungen (z.B. Präzision, Flexibilität, Sicherheit) führen dabei oft zu komplexen Greiferkonzepten. An der Technischen Hochschule Rosenheim wurde ein bestehender Technologieansatz weiterentwickelt, um ein flexibles und sicheres Greifen mit einem vergleichsweise einfachen Konzept zu realisieren. Ein besonderer Fokus liegt auf der experimentellen Verifizierung von Genauigkeitsparametern für den Einsatz in der Montage feinwerktechnischer Geräte.
A hybrid kinematic structure concept for an industrial robot has already been developed. Based on this kinematic structure, the robot is well-suited for high-dynamic Schoenflies motions. Starting from this concept, a manipulator and a robot control system are to be realized. The development of this mechatronic system is highly complex, as it involves various physical and mathematical aspects. Therefore, a holistic model-based design method is applied to ensure high quality in the design of the mechatronic components, the development of control software, and mathematical algorithms. Important details of the model-based design approach are presented in this publication.
Komplexe elektrische Antriebssysteme können im Designprozess auf unterschiedliche Weise modelliert und optimiert werden. Eine umfassende Abbildung aller Systemkomponenten in einem Modell und hohe Simulationsgeschwindigkeit reduzieren Fehler, erhöhen Flexibilität und Zuverlässigkeit und verbessern die Time-to-Market. Gleichzeitig muss gewährleistet sein, dass aus den optimierten Ergebnissen ohne fehleranfällige manuelle Schritte implementierbarer Code oder Hardwarebeschreibungen generiert werden können. Diese Arbeit zeigt die Unterschiede zwischen kausaler und akausaler Modellierung auf und demonstriert, dass insbesondere die akausale Modellierung in Kombination mit geeigneten Solvern für den physikalischen Anteil elektrischer Antriebssysteme zu effizienteren und schnelleren Simulationen führt. Durch das Vorausberechnen der Schaltzeitpunkte einer Pulsweitenmodulation und das gezielte Starten des Solvers kann – im Gegensatz zur vollständigen Abbildung des zugrunde liegenden hochauflösenden Taktsignals – eine Verkürzung der Simulationszeit um bis zu99 % erreicht werden. Dabei wird durchgängig die Kompatibilität zu Coder-Tools sichergestellt, insbesondere im Hinblick auf die Schnittstellen zwischen den Teilmodellen.
Liquid sloshing limits speed, accuracy, and reliability of pick-and-place systems, laboratory automation, and mobile robots that transport open containers. Motivated by industrial anti-sloshing motion functions [1], this work presents a compact testbed and a simple open-loop strategy that reproduces the effect on a low-cost setup. A camera rigidly mounted to the carriage moves with the tank and records the free surface, enabling extraction of the visible surface angle per frame. The first two sloshing frequencies and the dominant-mode damping are identified from experiments. The dominant mode is then modeled as a lightly damped second-order system excited by the carriage motion. Two command-side strategies are compared: Zero-Vibration-Derivative (ZVD) input shaping and an inverse transfer function prefilter. The ZVD method delivers near-zero residual slosh after the end of the move with a predictable, fixed time extension equal to the damped period. The inverse function prefilter also suppresses the sloshing with the advantage of being a simpler approach. Both approaches are open-loop and need only the identified frequency and damping for a given fill level of the container. A single-mode simulation based on the identified model predicts the measured behaviour successfully, and both suppression strategies are verified in simulation and experiments.
Bei Knickarmrobotern haben die Gelenke aufgrund der seriellen Gelenkanordnung und der typischerweise langen Verbindungsglieder einen großen Einfluss auf die erreichbare Genauigkeit am Endeffektor. Mit dem Ziel, die Genauigkeit und Dynamik von Industrierobotern zu steigern, wird im Rahmen dieser Arbeit ein Sensorsystem entwickelt, das basierend auf mehreren verteilten Messungen der Winkelposition am Abtrieb eines Robotergelenks das Drehmoment sowie die Verkippung des Gelenks misst. Das Sensorsystem wird experimentell in einem dreiachsigen Versuchsroboter erprobt. Es werden Regelungskonzepte entworfen und untersucht, die auf Basis der zusätzlichen Messgrößen eine Steigerung der Genauigkeit und eine Verbesserung des dynamischen Verhaltens eines Industrieroboters ermöglichen. Die Verwendung eines Filters zur Kombination der antriebs- und abtriebsseitigen Winkelpositionen erlaubt eine Ausnutzung der höheren Genauigkeit der abtriebsseitigen Winkelmessung, ohne die Dynamik der Positionsregelung dadurch einzuschränken. Zudem wird eine Erweiterung der häufig verwendeten kaskadierten Einzelachsregelung mit drei Kaskaden um eine vierte Kaskade zur Regelung des abtriebsseitigen Moments vorgestellt. Diese ermöglicht eine vollständig auf abtriebsseitigen Messgrößen basierende Regelung des Roboters, die vor allem bei hohen Geschwindigkeiten eine erhebliche Verbesserung der Bahntreue bewirkt. Durch die Kompensation der Verkippung kann insbesondere die statische Laststeifigkeit gesteigert werden.
Bridge Weigh-In-Motion (B-WIM) is a method of transforming a bridge structure into an instrument for traffic data collection. This is mainly achieved by a specific arrangement of sensors mounted underneath the bridge, with strain sensors being the most commonly used type. The acquisition and processing of the strain data allows the determination of the actual traffic loads, thus providing valuable information for road infrastructure management. This paper presents a novel B-WIM strain sensor based on optoelectronic position measurement technology. The sensor outperforms the conventionally used strain transducers in terms of their reported resolution capability. The resulting advantages are demonstrated by evaluating data collected from a stiff in-service bridge structure. Using the digital interface of the novel sensor, the paper also proposes a dedicated B-WIM system design. The design aims to simplify the implementation of the B-WIM method in practice.
A trend has been emerging in the field of industrial automation: direct current (DC) is making a comeback. This is due to the desire for greater energy efficiency and flexible, intelligent energy distribution. However, DC can still exhibit alternating current (AC) components from pulsating loads on an industrial grid, which may excite resonances. This work derives an equivalent circuit model for the grid and verifies it using a motor test bench. Design considerations for the DC link capacitance are presented to enable the integration into a decentralized drive.
Überprüfung von KMGs
(2025)
We propose a group theory based mathematical model for unambiguous inductance states of a reconfigurable air coil inductor utilizing elastic snapping of wire segments. Vertical (axial) and horizontal winding symmetries under group actions reveal distinguishable tuning regions and individual variation states therein. The model is applied to coils of prismatic (cylinder like) and truncated pyramidal (conical like) shape with edges forming a regular polygon as basis, and verified by numerical magnet field simulation.