Automatisierte Konfiguration von Greiferfingern aus einem modularen Baukasten

Die zunehmende Nachfrage nach individualisierten Produkten, die beschleunigte Dynamik von Markttrends sowie die Volatilität globaler Lieferketten erfordern von Unternehmen eine hochgradig flexible und zugleich automatisierte Produktion, um langfristig erfolgreich zu sein. Für Handhabungssysteme als Bestandteile nahezu aller automatisierten Fertigungsprozesse – und speziell für deren Greifer, die den direkten Kontakt zu den Handhabungsobjekten herstellen – entstehen daraus eine Vielzahl neuer Anforderungen, insbesondere hinsichtlich Produkt- und Umrüstflexibilität.
Die Gestaltung der Wirkelemente – insbesondere der Finger von Fingergreifern – erfolgt bislang weitestgehend manuell, ist komplex und erfordert ein hohes Maß an Expertise. ... mehrDiese so entstehenden Finger als monolithische Strukturen erschweren eine schnelle Anpassung an wechselnde Produktionsbedingungen. Vor diesem Hintergrund ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung einer systematischen Vorgehensweise, die in Abhängigkeit von Greifermodell und Handhabungsobjekt die optimale Greiferfingerkonfiguration, bestehend aus Modulen eines Baukastens, ermittelt. Die Greiferfingerkonfiguration umfasst die Definition der Greifpositionen am Handhabungsobjekt, die benötigten Module und deren Anordnung. Dafür werden in dieser Arbeit Vorgehenweisen zur Entwicklung des Baukastens, zur Greifpositionsbestimmung sowie zur Ermittlung und Bewertung von Greiferfingerkonfigurationen entwickelt, validiert und zu einem systematischen Verfahren kombiniert. Das Vorgehen zur Baukastenentwicklung, das auf Methoden der Produktentwicklung basiert, ermöglicht die systematische und nachvollziehbare Definition eines Greiferfingerbaukastens. Bei geringer interner Vielfalt an Modulen kann so eine große Anzahl an Greiferfingern realisiert werden. Um eine Greiferfingerkonfiguration für mehrere Handhabungsobjekte verwenden zu können, werden möglichst unterschiedliche Greifpositionen an einem Handhabungsobjekt benötigt. Ein analytisches Verfahren ermittelt diejenigen Greifpositionen, die hinsichtlich ihrer Griffqualität, der Größe der Kontaktfläche und der Lokalisierung auf möglichst unterschiedlichen Oberflächenteilen der Handhabungsobjekte am besten geeignet sind. Die Konfiguration der jeweils optimalen Greiferfinger erfolgt auf Basis eines einheitlichen Beschreibungsmodells der Module, deren Anordnung als kinematische Kette und der Bewertung anhand unabhängiger Kriterien. Anhand von zwei Greifermodellen und einem Handhabungsobjektspektrum wird die Methode erprobt und validiert.

The increasing demand for customized products, the accelerated dynamics of market trends, and the volatility of global supply chains require companies to possess highly flexible and automated production in order to be successful in the long term. For handling systems, which are used in almost all automated manufacturing processes – and especially for their grippers, which make direct contact with the workpieces – this results in a multitude of new requirements, particularly with regard to product and retooling flexibility.
The design of the contact elements, particularly the fingers of finger grippers is mostly manual, complex, and requires a significant degree of expertise. ... mehrThe resulting fingers, which are monolithic structures, impede the ability to adapt quickly to changing production conditions. Against this background, the objective of this work is to develop a systematic approach that determines the optimal gripper finger configuration, consisting of modules from a construction kit, depending on the gripper model and the workpiece. The gripper finger configuration encompasses the delineation of gripping positions on the workpiece, the requisite modules, and their arrangement. To this end, this thesis develops and validates procedures for the development of the construction kit, the determination of gripping positions, and the identification and evaluation of gripper finger configurations, which are then combined into a systematic framework. The construction kit development process, which is based on product development methods, enables the systematic and traceable definition of a gripper finger construction kit. With a low internal diversity of modules, a large number of gripper fingers can be realized. The utilization of a gripper finger configuration for the handling of multiple objects necessitates the availability of a wide range of gripping positions on the workpiece itself. For this purpose, an analytical method has been developed to determine gripping positions that are optimized for gripping quality, contact area, and localization on various surfaces of the workpiece. The configuration of the respective optimal gripper fingers is based on a uniform description model of the modules, their arrangement as a kinematic chain, and evaluation using independent criteria. The method is tested and validated using two gripper models and a range of handling objects.