3D-Druck eines Roboter-Baukasten

Seit 1992 arbeitet der Lehrstuhl auf dem Gebiet der 3D-Drucktechnik im Rahmen mehrer Doktorarbeiten. Das Augsburger Unternehmen VoxelJet ist eine Ausgründung des Lehrstuhls. Seit dem Jahr 2001 wurde das Rapid-Prototyping auch zur Herstellung von mechanischen und kinematischen Modellen von chirurgischen Instrumenten und den Bau von Roboterkomponenten verwendet. Seit dem Jahr 2005 wurden gezielt Bauelemente von chirurgischen Robotersystemen am Lehrstuhl produziert. Seit dem Jahr 2009 gibt es das Konzept des Roboter-Baukastens, der aus Standardmodulen (Drehgelenk, Schubgelenk) mit leicht austauschbaren Antriebsmodulen und einer Steuerung besteht. 

Der Begriff 3D Druck steht an dieser Stelle stellvertretend für unterschiedlichen Verfahren des Direct-Manufacturing bzw. Rapid Manufacturing (STL, SLS, FDM, 3DP usw.) 

3D-Druck von feinmechanischen Baugruppen

Grundsätzlich lassen sich im 3D-Druck Baugruppen für die Robotik drucken. Je nach Präzisionsanforderungen müssen Lager und Achsen nachträglich in entsprechende Kavitäten eingedrückt werden. Bei niedrigeren Anforderungen reichen die Spaltmaße zwischen Achse und Lager.

Standardisierung von Baugruppen für Kinematikanwendungen

Um die Zahl der Bauelemente gering zu halten wird nach Standards der Formgebung gesucht. Vorbilder sind hier die Baukästen: Märklin-Metall, Fischertechnik, Lego, Stabilo und Baufix.

Analyse von Leichtbaustrukturen

Die 3D-Druckverfahren sind Herstellungsverfahren, bei denen der Materialverbrauch die Kosten maßgeblich bestimmt. Sie eignen sich daher ideal für Leichtbaustrukturen, die mit klassischen Fertigungsverfahren nicht hergestellt werden könnten.

Einfaches Steckverbinderprinzip mit Sicherungsschrauben

Die Verwendung von Normreihen in der Abstufung der Größe erlaubt es, den Roboter zum Tool-Center-Point hin immer leichter werden zu lassen.

Baukastenprinzip

Durch das Zusammenstecken der Baugruppen lassen sich schnell verschiedene Strukturen erproben.

Rotatorische Gelenke

Rotatorische Gelenke mit Fassungen für Mikroantriebe erlauben es, die Kinematiken zu bewegen. Die Gelenke sind so ausgelegt, dass die Beschreibung nach Denavit-Hardenberg sehr einfach wird.

Translatorische Gelenke

Analog zu den rotatorischen Gelenken gibt es noch translatorische Schubgelenke. Auch ihre Beschreibung nach Denavit-Hardenberg ist sehr einfach möglich.

Baukasten für serielle Roboterkinematiken

Im Rahmen von Studienarbeiten und einer Dissertation entstand ein Baukasten für serielle Roboterkinematiken

Einfache zentrale Steuerung

Mit einer einfachen Steuerung können die Antriebe zentral oder dezentral angesteuert werden.

Verbindung von Kinematikmodulen, Antriebsmodulen und einer Steuerung

Die zusammengesetzten Kinematiken können als Robotersysteme schnell bewegt und getestet werden

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Hebi Robotics, CAD-Data, Hardware-Documentation, API-Documentation

Kinova Robotics 

 

It is possible to download the assembly elements (Dave Rollinson) from GrabCad either as Solidworks format or other formats such as STL. The X5-Export.STL contains the model of the X5 Actuator.

Using the Matlab toolbox SG-Library for processing the data, start with:

A=SGui(25,4) % magnifies into mm scale

SGfigure(A) % plots the result in matlab

SGseparate(A) % shows independent subparts of the actuator 

[[http://hebirobotics.com|Hebi Robotics]] Anschluß des Netzteils an die HEBI-Platine. Die LED blinkt blau/orange