Universität Stuttgart

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Erweiterung der virtuellen Inbetriebnahme.

Inhalt: 00:00 Einführung 00:30 Durchgängige Steuerungstests 07:06 Zwei-Skalen-Materialfluss-Modell Die simulative Abbildung von Maschinen und Prozessen stellt heute ein unverzichtbares Werkzeug für Ingenieure aller Disziplinen dar. Durch die die virtuelle Abbildung ganzer Anlagen und Prozesse im Rahmen der Virtuellen Inbetriebnahme können frühzeitig Aussagen zum Verhalten von technischen Systemen getroffen und diese verbessert werden. Durchgängige Steuerungstests In einer durchgängigen simulationsbasierten Entwicklungsplattform werden die Phasen einer virtuellen Inbetriebnahme unter Beihilfe eines einzelnen Simulationsmodells durchlaufen. Es werden Methoden und Konzepte dargelegt, wie gesammelte Informationen an den Übergängen der Testphasen (Model-in-the-Loop ↔ Software-in-the-Loop ↔ Hardware-in-the-Loop) ohne Datenverlust in die nächste Phase übernommen werden können. Zu diesem Zweck wird ein Bewegungsdirigent zur Kinematisierung von Modellen verwendet, der eine erleichterte Durchführung von frühen Model-in-the-Loop-Tests ermöglicht und das Gesamtkonzept so unterstützt. Durch die Beschreibung einer einheitlichen Schnittstelle wird die Möglichkeit eines Parallelbetriebs von Simulationsmodellen in unterschiedlichen Testkonfigurationen dargelegt. Zwei-Skalen-Materialfluss-Modell Ein wichtiger Bestandteil der virtuellen Inbetriebnahme einer Produktionsanlage ist die Simulation des Materialflusses als Bewegung von Stückgütern basierend auf deren physikalischen Eigenschaften. Der Materialfluss kann auf unterschiedlichen Ebenen betrachtet werden: - Der mikroskopische, physikbasierte Materialfluss besitzt eine hohe Detailgenauigkeit. - Das makroskopische Flussmodell basiert auf einer Erhaltungsgleichung und betrachtet die Stückgüter als Dichteverteilung. Es ist daher auch für sehr große Stückzahlen geeignet. Die Idee des Zwei-Skalen-Materialfluss-Modells besteht darin, beide Modelle zu kombinieren. Diese Kombination ermöglicht eine situationsbasierte Betrachtung des Materialflusses innerhalb einer Simulation. --- Nowadays, the simulative modelling of components, machines and processes presents an indispensable tool for engineers of all disciplines. The virtual representation of entire plants and processes in the context of virtual commissioning allows making early statements on the behavior of technical systems and improving before the production start. Continuous control tests In a continuous simulation-based platform all phases of the virtual commissioning are cycled with the use of a single simulation model. Methods and concepts explain how generated information can be transferred over the transitions between test phases (Model-in-the-Loop ↔ Software-in-the-Loop ↔ Hardware-in-the-Loop) without the loss of data. For that purpose, a motion controller applying kinematics on models is being used which eases the execution of early Model-in-the-Loop-Tests and with this supports the overall concept. The ability to run simulation models on different test configurations in parallel is being presented by the description of their uniform interface. Dual-Scale Material Flow Model A key aspect for the virtual commissioning of a production plant is the simulation of the material flow as movement of piece goods based on their physical properties. The material flow can be considered within different scales: - The microscopic, physics-based material flow model has a high level of detail. - The macroscopic flow model is based on a conservation equation and considers the piece goods as density distribution. It is therefore also suitable for very large quantities. The idea of the dual-scale material flow model is to combine both models. This combination allows a situation-based consideration of the material flow within one simulation. Weitere Informationen: https://www.isw.uni-stuttgart.de/ Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen eines ZIM sowie durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). Kooperation mit der Industriellen Steuerungstechnik GmbH (ISG) und der School of Business Informatics and Mathematics der Universität Mannheim. Musik: E-Reg

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Modellbasierte numerische Steuerung für das Schwerkraftmetallgießen

Beim Schwerkraftgießen wird flüssiges Metall durch eine Drehbewegung einer Gießpfanne in eine Form gegossen. Zur Ansteuerung werden bisher zwar NC verwendet, jedoch wird der Volumenstrom als essentielle Prozessgröße für ein qualitativ hochwertiges Ergebnis nicht geregelt. Daher wurden die Prozessgleichungen des Schwerkraftgießprozesses in eine herkömmliche NC integriert. So kann das NC-Programm Sollwerte in Form von Volumenströmen vorgeben. Auf diese Volumenströme wird geregelt. Dafür wird der aktuelle Volumenstrom über eine Gewichtsmessung und einen Kalman Filter geschätzt. Der ausgestellte Demonstrator zeigt, dass es möglich ist Prozesswissen in eine NC zu integrieren und damit die Programmierung des Prozesses zu vereinfachen, sowie die Prozesssicherheit und die Prozessqualität zu erhöhen. Gravity casting involves pouring molten metal into a mould by a rotary motion of a ladle. Although NC are used, the flow rate as an essential process variable for a high-quality result is not controlled so far. Therefore, the process equations of the gravity die casting process were integrated into a conventional NC. This enables the NC program to specify setpoints in the form of flow rates. This flow rate is controlled. For this purpose, the current flow rate is estimated via a weight measurement and a Kalman Filter. The exhibited demonstrator shows that it is possible to integrate process knowledge into an NC, thus simplifying the programming of the process and increasing process reliability and quality. Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Projektnummer 388379678. Musik: New Town von FRAMETRAXX www.frametraxx.de

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Parallele Seilroboter für industrielle Anwendungen

Seilroboter sind spezielle Parallelroboter, die Seile anstatt Schubgelenke für die Bewegung der Plattform verwenden. Durch das koordinierte Verstellen der Seillängen kann hierbei die Plattform innerhalb des Rahmens positioniert und orientiert werden. Hohe Plattformgeschwindigkeiten von bis zu 30 m/s und Beschleunigungen von bis zu 400 m/s^2 sind aufgrund der geringen bewegten Massen und Trägheiten möglich. Gleichzeitig kann die gesamte Antriebstechnik am feststehenden Maschinenrahmen angebracht werden, sodass sich die bewegte Masse auf die bewegliche Plattform, die Seile und wenige Teile des Aktuierungssystems reduziert. Anwendungsbereiche von Seilrobotern sind vorwiegend Handhabungs- und Sortieraufgaben, bei denen große Arbeitsräume, Lasten oder hohe dynamische Eigenschaften gefordert werden. Dabei können hohe Traglasten von mehr als 500 kg bei entsprechender Auslegung der Seile, Umlenkmechaniken und Antriebe über große Distanzen von mehr als 100 m befördert werden. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich Seilroboter beispielsweise auch für den produktiven Einsatz additiver Fertigungstechnologien im Bauwesen. --- Cable robots are special parallel robots that use cables instead of prismatic joints to move the platform. The platform can be positioned and orientated within the frame by predefined motion of cables. High platform speeds of up to 30 m/s and accelerations of up to 400 m/s^2 are possible due to the low moving masses and inertia. In addition, the entire drive technology can be attached to the fixed machine frame, so that the moving mass is reduced to the moving platform, cables and a few parts of actuation systems. Cable robots are mainly used for handling and sorting tasks where large workspaces, loads or high dynamic properties are required. High payloads of more than 500 kg can be transported over long distances of more than 100 m with the appropriate design of the cables, cable-routing mechanisms and drives. Due to these properties, cable robots are also suitable for the productive use of additive manufacturing technologies in the construction industry, for example. Weitere Informationen: https://www.isw.uni-stuttgart.de/ https://cable-robot.science/organization/ustutt-isw/ Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie die Graduiertenschule GSaME (Graduate School of Excellence advanced Manufacturing Engineering) der Universität Stuttgart Audio: New Town (GEMA-freie Musik von www.frametraxx.de)

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Seilroboter mit endloser Rotationsachse (Endless-Z) - DFG

Am ISW der Universität Stuttgart werden Seilrobotersysteme erforscht, so auch ein Seilroboter mit endloser Rotationsachse. Durch die Verwendung von Seilen als antreibende Elemente ergeben sich neue Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere für erweiterte Handlingaufgaben. Bei konventionellen Seilrobotern ist die Rotationsfähigkeit der Plattform auf maximal plus/minus 45 Grad um die jeweiligen Raumachsen beschränkt und hängt zusätzlich von der angefahrenen Position im Arbeitsraum ab. Diese Eigenschaften beschränken die Anwendungsgebiete für konventionelle Seilroboter. Um die Rotationsfähigkeit zu erhöhen, können Seilroboter mit zusätzlicher Aktorik ergänzt werden, jedoch muss die erweiterte Rotationsfähigkeit mit zusätzlichem Gewicht und einer Medienzuführung auf Kosten des Arbeitsraums erkauft werden. Zudem verringert sich die Nutzlast sowie die maximal erreichbare Dynamik des Seilroboters. Um diese Nachteile zu vermeiden, wird im Forschungsprojekt „Endless-Z“ ein neuartiges Konzept untersucht, welches die zusätzliche Aktorik durch den Einsatz von weiteren Seilen vermeidet. Ein möglicher Entwurf ist es, die Roboterplattform durch eine Kurbelwellengeometrie zu ersetzen. Hierbei müssen die zusätzlichen Freiheitsgrade durch die hinzugefügten Rotationsgelenke in der kinematischen Beschreibung berücksichtigt werden. Relevante Veröffentlichungen: 1. TRAUTWEIN, Felix ; REICHENBACH, Thomas ; TEMPEL, Philipp ; POTT, Andreas ; VERL, Alexander: COPacabana - Ein modularer paralleler Seilroboter. In: Sechste IFToMM D-A-CH Konferenz 2020: 27./28. Februar 2020, Campus Technik Lienz 2020 DOI: 10.17185/duepublico/71189 2. REICHENBACH, Thomas ; TEMPEL, Philipp ; VERL, Alexander ; POTT, Andreas: Static Analysis of a Two-Platform Planar Cable-Driven Parallel Robot with Unlimited Rotation, Bd. 74. In: POTT, Andreas; BRUCKMANN, Tobias (Hrsg.): Cable-Driven Parallel Robots : Proceedings of the Fourth International Conference on Cable-Driven Parallel Robots. Cham, Switzerland : Springer, 2019 (Advances in Mechanism and Machine Science, 74), DOI: 10.1007/978-3-030-20751-9_11 3. REICHENBACH, Thomas ; TEMPEL, Philipp ; VERL, Alexander ; POTT, Andreas: On Kinetostatics and Workspace Analysis of Multi-Platform Cable-Driven Parallel Robots with Unlimited Rotation, Bd. 78. In: KUO, Chin-Hsing; LIN, Pei-Chun; ESSOMBA, Terence; CHEN, Guan-Chen (Hrsg.): Robotics and Mechatronics. Proceedings of the 6th IFToMM International Symposium on. Cham, Switzerland : Springer International Publishing, 2020 (78), S. 79–90, DOI: 10.1007/978-3-030-30036-4_7 4. POTT, Andreas ; BRUCKMANN, Tobias ; MIKELSONS, Lars: Closed-form Force Distribution for Parallel Wire Robots. In: KECSKEMÉTHY, Andrés; MÜLLER, Andreas (Hrsg.): Computational Kinematics. Berlin, Heidelberg : Springer, 2009, S. 25–34, DOI: 10.1007/978-3-642-01947-0_4 5. HASSAN, Mahir ; KHAJEPOUR, Amir: Analysis of Bounded Cable Tensions in Cable-Actuated Parallel Manipulators. In: IEEE Transactions on Robotics 27 (2011), Nr. 5, S. 891–900, DOI: 10.1109/TRO.2011.2158693 6. VERHOEVEN, Richard ; HILLER, Manfred ; TADOKORO, Satoshi: Workspace, Stiffness, Singularities and Classification of Tendon-Driven Stewart Platforms. In: LENARČIČ, Jadran; HUSTY, Manfred L. (Hrsg.): Advances in Robot Kinematics (ARK 1988) : Analysis and Control. Proceedings of the 1998 6th International Symposium on. Salzburg : Kluwer Academic Publishers, 1998, S. 105–114, DOI: 10.1007/978-94-015-9064-8_11 7. POTT, Andreas: Forward Kinematics and Workspace Determination of a Wire Robot for Industrial Applications. In: LENARČIČ, Jadran; WENGER, Philippe (Hrsg.): Advances in Robot Kinematics (ARK 2008). Proceedings of the 2008 11th International Conference on : Springer, 2008, S. 451–458, DOI: 10.1007/978-1-4020-8600-7_47 Weitere Informationen: https://www.isw.uni-stuttgart.de/forschung/maschinentechnik/endlessz/ https://cable-robot.science/organization/ustutt-isw/ Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) – Projektnummer 358142701 Audio: GEMA-freie Musik von www.frametraxx.de

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