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Untersuchungsgegenstand der Arbeit ist ein mobiler Roboter für den Industrieeinsatz, zur Automatisierung bzw. Verkettung von automatischen Bearbeitungs- und Montageautomaten, der aus einem Industrieroboterarm und einer Fahrplattform zusammengesetzt ist. Auf der Basis dieses hochflexiblen Verkettungssystems wird eine praxisnahe Applikation entworfen, die auf einem Messestand vorgeführt werden kann. Die Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Auswahl, Auslegung, Konstruktion und Inbetriebnahme der für die industrielle Anwendung nötigen Peripherie. Dabei handelt es sich zum einen um mechanische Komponenten wie beispielsweise das Greifsystem und zum anderen elektrotechnische bzw. informationstechnische Komponenten, die die Signalübertragung zur Kommunikation des Roboters mit den zu verkettenden Automaten und den Arbeitsschutz gewährleisten. - Weiterhin werden verschiedene Untersuchungen am gegebenen mobilen Roboter durchgeführt, durch die sich eine Aussage über die Positionier- und Wiederholgenauigkeit, sowie Geschwindigkeit und Dynamik präzisieren lässt. Abschließend erfolgt die Einschätzung der Eignung verschiedener Einsatzfälle für den mobilen Roboter, die durch Messeanfragen von Interessenten entstanden sind, anhand der Untersuchungsergebnisse und die Benennung von Ausgangspunkten für die künftige Forschung und Optimierung auf diesem Gebiet.

Das Thema der vorliegenden Diplomarbeit wurde von der Fa. Gasser Kunststofftechnik GmbH & Co.KG gestellt. Sie stellt neben Formen für den Kunststoffspritzguss auch eigene Heisskanalsysteme her. Dem Werkzeugbau steht oft nur eine Spritzgussmaschine zur Abmusterung zur Verfügung, welche die Vielzahl an Varianten der einzelnen Kunden abdecken sollte. Da die Schnittstellen der Prozessmedien zwischen Werkzeug und Spritzgussmaschine (SGM) nicht einheitlich sind wurde eine multifunktionale Aufspannplatte entwickelt werden, welche es unter geringem Rüstaufwand ermöglicht, möglichst viele verschieden genormte Werkzeuge auf einer SGM abmustern zu können. Dazu wurden zunächst sämtliche Anforderungen und Bedingungen zusammengetragen, die die Auslegung, Gestaltung, Umsetzung und spätere Funktion der Platte und ihrer Peripherie betreffen. Auf dieser Grundlage wurde durch methodisches Vorgehen eine Prinzipstruktur gefunden werden, die im weiteren Verlauf bis zum technischen Entwurf ausgearbeitet wurde. Die Dimensionierung der hauseigenen Bauteile basierte bisher auf theoretischen Berechnungen, FEM-Simulationen und langjähriger betrieblicher Erfahrung. Durch die teilweise sehr engen Prozessfenster der Kunststoffe und die bei der Auslegung getroffenen Vereinfachungen waren die theoretisch bestimmten Werte nicht immer aussagekräftig genug. Zur optimierten Auslegung der einzelnen Komponenten wurde ein Prüf- und Versuchswerkzeug entwickelt, welches die praktische Untersuchung der Grenzbereiche der Prozessmedien ermöglicht und gleichzeitig als Versuchsträger für verschiedene Sensor- und Überwachungssysteme dient. Dazu wurde zusammengetragen, welche Test- und Prüffunktionalitäten umgesetzt werden sollten und welche Prozesssituationen zu simulieren sind. Auf Grundlage dessen musste eine geeignete Gestalt des Spritzgussteiles gefunden werden, mit der die Forderungen umgesetzt werden können. Dieses Teil soll auch als Werbeträger und Musterteil genutzt werden, was zu berücksichtigen war. Des Weiteren wurde geprüft, welche technischen Gegebenheiten zum Betrieb des Werkzeuges auf der hauseigenen Spritzgussmaschine vorhanden sind. Es erfolgte eine Konstruktionsmethodik, deren Ergebnis bis zum technischen Entwurf detailliert wurde.

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit automatisierbaren, virtuellen Funktionsprüfungen (Functional Mock-Up, kurz FMU) von technischen Systemen mithilfe des 3D-CAD-Systems CATIA V5 R17 und deren Verknüpfung mit einer Gruppe von Anforderungen, welche durch eine mechatronische Kooperationsplattform bereitgestellt werden. - Ziel ist es, Anforderungen mithilfe spezieller Prüfungen, unterstützend zur laufenden Entwicklung (teil-)automatisch, virtuell abzusichern. Dadurch sind Zeiteinsparungen beim Prüfen realisierbar. Weiterhin soll die Automatisierung von Prüfungen, umfassendere virtuelle Kontrollen ermöglichen und so zur Erhöhung des Reifegrads erster physikalischer Prototypen beitragen. - Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde festgestellt, welche virtuellen Prüfungen sich zurzeit sinnvoll automatisieren lassen, wie sie durchgeführt werden können und wie eine Verknüpfung zu einer Anforderungsmanagement - Software realisierbar ist. - Hierzu wurde ein Konzept zur Durchführung virtueller Funktionsprüfungen und deren Verknüpfung zu einer Gruppe spezifischer Anforderungen entwickelt. Der Nachweis zur Umsetzbarkeit des Konzeptes wurde, anhand der Erstellung beispielhafter Prüfobjekte, für einen Pkw-Vordersitz erbracht. Den Prüfobjekten wurden u. a. Scripte zugeordnet, die die Steuerung von CATIA und einen Datenaustausch zwischen CATIA und Prüfsoftware erlauben. Weiterhin wurden, für die Durchführung von Prüfungen notwendige Daten, für einige Beispiele bestimmt. - Es hat sich als notwendig erwiesen, zu untersuchen, welche Anforderungen virtuell und automatisiert geprüft werden können. Nicht alle Anforderungen lassen sich sinnvoll prüfen - vorhandene Rechenkapazitäten, vage Formulierungen, prüfbare Kriterien und die Auswertbarkeit der Ergebnisse müssen u. a. beachtet werden. Viele Prüfungen müssen speziell für ihre Anwendung programmiert werden, was nur bei entsprechender Wiederverwendungsrate wirtschaftlich ist. Die Verwendung der Stapelverarbeitung automatischer Prüfungen ermöglicht die Ausschöpfung ungenutzter Rechnerkapazitäten. - Automatisierte, virtuelle Prüfungen können erheblich zur Steigerung des Reifegrads erster physikalischer Prototypen beitragen und dadurch den Produktentwicklungsprozess verkürzen

Diese Arbeit beinhaltet die Entwicklung eines Programms zur kinematischen Auslegung von Lenksäulengelenkwellen. Dieses wurde auf der Basis des CAD-Systems Pro|ENGINEER® aufgebaut, welches in der Automobilbranche im Bereich der Lenkung eingesetzt wird. Die Auslegung dient zur reinen geometrischen Optimierung mit dem Ziel, eine optimale Lenkübertragung gewährleisten zu können. Das Programm wurde in tabellarischer Form mittels eines Pro|ENGINEER® internen Layouts aufgebaut, was die Möglichkeit bietet, das dazugehörige CAD-Modell der Lenksäule zu steuern. Somit kann eine direkte Visualisierung der Ergebnisse erreicht werden. Um eine Optimierung durchführen zu können, wurden entsprechende Näherungsverfahren entwickelt. Die Ausführung der Berechnungen erfolgte anschließend mit Hilfe von mathematischen Beziehungen, welche durch Verknüpfungen der vorhandenen Parameter entstanden. Neben der Betrachtung der Grundlagen zum Thema Lenkung wurden die möglichen Optimierungsarten und die Einflussfaktoren einer Lenksäulenauslegung kritisch bewertet und dementsprechend ausgewählt. Die Funktionen des Programms wurden anhand eines aktuellen Beispiels aus dem Bereich der Forschung der Volkswagen AG dargestellt.

In der Arbeit wurden verschiedene Möglichkeiten der automatisierten Verkettung, d.h. des Bestückens und Entleerens von Montagemaschinen in Fertigungslinien und dem dazwischen liegenden Teiletransport für zwei Anwendungsfälle im Produktionsumfeld der Automobil-Zulieferindustrie untersucht und bewertet. Es wurde die Eignung eines mobilen Roboters mit Fahrplattform und Handhabungsarm festgestellt. Es erfolgte eine Marktanalyse kommerziell verfügbarer mobiler Roboter und die Simulation des Einsatzes in beiden Produktionsumgebungen. Zur Simulation diente eine Software des Roboterherstellers und das Virtual Reality-System der TU Ilmenau. Mit Hilfe der aus der Simulation gewonnenen Erkenntnisse wurde ein Bewertungskatalog für die Eignung eines solchen mobilen Roboters in unterschiedlichen Produktionsumgebungen erstellt.