Methoden für den Handhabungsprozess mit vakuumbasierten Granulatgreifern

Für eine skalierbare und automatisierte Produktion von Gütern ist die effiziente und gleichzeitig zuverlässige Handhabung von Stückgütern für viele Anwendungen als Grundvoraussetzung anzusehen. Aufgrund von Anforderungen bezüglich einer hohen Komplexität und Variantenvielfalt an handzuhabenden Objekten haben formflexible Greifsysteme ein hohes Potenzial. Grundlegende Voraussetzung für eine Nutzung dieses Potenzials ist das Wissen über das Verhalten eines formflexiblen Greifers in Abhängigkeit der zu greifenden Objekte, um eine Eignung eines Handhabungssystems und dessen Zuverlässigkeit für die gewählte Anwendung zu gewährleisten.

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden datenbasierte Methoden und Modellierungsansätze untersucht, um geeignete Auslegungsmöglichkeiten für ein innovatives, an der TU Braunschweig entwickeltes vakuumbasiertes Granulatgreiferkonzept zu schaffen. Mit diesem Greifkonzept kann mithilfe eines mit Granulat gefüllten Greiferkissens, welches im Greifer-Objekt-Interface eine luftdurchlässige Membran aufweist, durch Anlegen einer Druckdifferenz eine Vielzahl unterschiedlicher Objektgeometrien gehandhabt werden. Allerdings unterscheiden sich die erzielbaren Greifkräfte teilweise sehr stark in Abhängigkeit der gegriffenen Objektgeometrien und der verwendeten Greifermaterialien. Hauptziel dieser Arbeit ist demnach die Entwicklung von Methoden zur Modellierung der Greifkräfte, die bei einer angelegten Druckdifferenz entstehen. Hierfür werden die zu untersuchenden Einflüsse in die drei Handlungsfelder „Objektgeometrie“, „Greiferkonfiguration“ sowie ergänzend „Greifstrategie“ aufgeteilt. Für jedes dieser Handlungsfelder werden auf Basis des Standes der Technik und der Forschung geeignete Methodenkonzepte und Vorgehensweisen vorgestellt, ausgewählt, entwickelt sowie experimentell evaluiert. Der Fokus liegt auf einer potenziellen Anwendung sowohl in-situ im Handhabungsprozess als auch für vorbereitende Offline-Planungen mit CAD-Modellen. Die Kalibration und das Training der ausgewählten Methoden basieren auf einem Datensatz mit vergleichsweise wenigen Objekten, sodass mit geringem experimentellem Aufwand eine Anpassung für modifizierte Varianten des Greifers möglich ist. Aufbauend auf den aufgezeigten Methoden und Modellierungen wird eine Vorgehensweise vorgestellt, die alle drei betrachteten Handlungsfelder kombiniert und in eine grundsätzliche Vorgehensmethode für die Auslegung eines Handhabungssystems mit dem spezifischen vakuumbasierten Granulatgreiferkonzept zusammenführt.

Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag für das Verständnis der Wirkprinzipien und die Auslegung des untersuchten vakuumbasierten Granulatgreiferkonzepts. Integriert sind sowohl die Auswahl und Einschätzung möglicher zu greifender Flächen auf Basis der vorhergesagten erforderlichen Greifkraft als auch die für ein vorliegendes Objektspektrum optimierte Konfiguration des Greifsystems. Ergänzend sind weitere Optimierungsmöglichkeiten hinsichtlich einer Anwendung einer objektangepassten Greifstrategie aufgezeigt. Somit stehen für zukünftige Implementierungen ganzheitliche und validierte Vorgehensweisen zur Verfügung, die eine Einschätzung der Eignung und Grobauslegung des Greifsystems ermöglichen.