Seilroboter

Unter einem parallelen Seilroboter (englisch cable-driven parallel robot oder wire robot) versteht man eine spezielle Bauart eines parallelen Roboters, bei dem Seile als bewegungsübertragende Bauteile eingesetzt werden.

Definition

Ein Seilroboter ist ein paralleler Manipulator, bei dem anstelle von starren Stäben flexible Übertragungselemente wie Kunststoff- oder Drahtseile verwendet werden. Die bewegliche Plattform des Seilroboters führt das Werkzeug, das Handhabungsgut oder einen Sensor und wird durch die Seile gegenüber einer Tragstruktur abgespannt. Die Plattform wird durch die Seile fest an einen Ort einspannt, so dass sie Kräften und Momenten widersteht ohne zu pendeln oder zu schwingen. Wenn die wirksame Länge der Seile etwa durch Winden verändert wird, lässt sich die bewegliche Plattform in bis zu drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgrade bewegen. Eine Robotersteuerung berechnet dabei die einzelnen Seillängen und synchronisiert die Bewegung der Winden, so dass sich die Plattform sowohl zeitlich als räumlich wohl definiert bewegen lässt.

Wesentliche Eigenschaften

Der wesentliche begrenzende Faktor bei der Entwicklung von schnelleren und größeren Robotern besteht im Eigengewicht der Roboterstruktur. Das Potenzial zur Optimierung durch Leichtbau und neue Werkstoffe ist heute bereits weitgehend ausgeschöpft. Das vergleichsweise große Eigengewicht von Industrierobotern rührt daher, dass die Tragelemente gegen Biegung ausgelegt werden müssen, was zu großen Querschnitten und damit einem hohen Gewicht führt. Bei parallelen Robotern werden schlankere und damit leichtere Bauteile verwendet, denn hier wird der günstigere Belastungsfall eines Druckstabs zu Grunde gelegt, welcher gegen Knicken ausgelegt werden muss. Ferner lässt sich bei einem parallelen Roboter die bewegte Masse deutlich reduzieren, da sich die schweren Motoren so installieren lassen, dass sie vom Roboter nicht oder nur wenig bewegt werden müssen. Ein paralleler Seilroboter nutzt gespannte Seile anstelle von starren Stäben für die Bewegungsübertragung. Dadurch müssen die bewegungsübertragenden Seile ausschließlich auf Zugkräfte ausgelegt werden. Stahlseile sind für diese Art der Belastung sehr gut geeignet und als Maschinenelement sehr gut verstanden. Mit Kunstfaserseilen wird ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Nutzlast und bewegter Eigenmasse des Roboters erreicht. Bei einem typischen Industrieroboter liegt das Verhältnis von Nutzlast zu bewegter Eigenmasse bei circa 1:10. Dagegen verfügt ein typischer Seilroboter über ein Verhältnis größer als 10:1, so dass er Industrieroboter damit um den Faktor 100 übertrifft.

Vorteile

Das kinematische Konzept des Seilroboters bringt eine Reihe von konzeptionellen Vorteile gegenüber konventioneller Robotertechnik mit sich:

Nachteile

Bekannte Seilrobotersysteme

Die folgenden Seilroboter-Systeme sind typische Vertreter

Erste Studien belegen eine hohe Breite an möglichen Anwendungen:

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ Parallele Seilroboter. auf: ipa.fraunhofer.de
  2. ↑ siehe Youtube-Video über den Robot (2015) unter https://www.youtube.com/watch?v=cJCsomGwdk0, abgerufen am 11. Mai 2020, Youtube-Kanal MaxPlanckSociety