Unteraktuierte Handhabungssysteme: Synthese, Modellierung und Regelung von passiven Orientierungseinheiten

In der Produktionstechnik werden für Pick-and-Place-Prozesse vielfach automatisierte Handhabungssysteme mit Hybridstruktur eingesetzt. Überwiegend bestehen solche Systeme aus einer Delta-Parallelstruktur zur Positionierung des Endeffektors, die um eine Rotationsachse seriell erweitert ist. Zunehmend reicht diese Beweglichkeit jedoch nicht mehr aus, um das System an neue Produktionsverhältnisse anzupassen. Infolgedessen kommt das Bestreben auf, weitere Bewegungsfreiheiten über eine Orientierungseinheit in der Form einer Strukturerweiterung zu ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit wird hierfür der Ansatz der Unteraktuierung verfolgt, bei dem eine Orientierungseinheit mit passiven Gelenken als Modul am Werkzeugflansch des Handhabungssystems befestigt wird. Zentrale Themen dieser Arbeit sind die aufgabenorientierte Synthese solcher Systeme, die Regelung des typischerweise nichtlinearen Systemverhaltens und die Integration der Orientierungsvorgänge in den Handhabungsprozess.
Der Ansatz der Unteraktuierung bedingt den Verzicht auf zusätzliche Antriebe und ermöglicht es, die Kosten und den Eingriff in die Dynamik des Robotersystems infolge der reduzierten bewegten Robotermasse gering zu halten. Ebenso wird durch den modularen Charakter der Orientierungseinheit der Eingriff in das bestehende Robotersystem reduziert, wodurch letztlich die Rekonfigurierbarkeit sichergestellt wird.