Das Schneiden von Styropor mit heißen Drähten ist zeitaufwendig und mühselig. Um den Prozess zu erleichtern, fertigten Forscher an der ETH Zürich einen Roboter namens YuMi IRB 14000, der mit flexiblen Stäben auch den Schnitt komplexer Formen möglich macht. Bei der Produktentwicklung spielte auch der 3D-Druck eine Rolle. Alle Infos zum Projekt.

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Forscher des Computational Robotics Lab am Institut für Informatik der ETH Zürich haben mithilfe des zweiarmigen Roboter YuMi IRB 14000 aufwendige Modelle aus Polystyrolschaum erstellt ohne physischen Kontakt mit dem Material. 2018 erreichen Forscher der ETH Zürich und des MIT mit 3D-Druck komplexer Konstruktionsweisen maximale Steifigkeit von Körpern aus Leichtbaumaterialien

Heißdrahtschneiden bei Styropor

Polystrol (auch bekannt als Styropor) mit heißen Drähten zu zerschneiden ist zeitaufwendig und erfordert eine Verfeinerung mit anderen Werkzeugen. Normalerweise werden dafür gerade, heiße Drähte eingesetzt, die zwar einen sauberen Schnitt liefern, dafür aber keine komplexen Geometrien ermöglichen. 2016 versuchten dänische Forscher erstmals das Heißdrahtschneiden gekrümmter Oberflächen mit einem einzigen Durchlauf zu erzeugen. Die Schweizer Forscher erklärten, dass dabei das Schneidmesser planar bleiben müsste, und das System für nicht triviale Probleme Benutzereingaben benötigte.

Details zum kollaborativen Roboter YuMi IRB 14000

Der zweiarmige kollaborative Roboter YuMi IRB 14000 soll einen effizienteren Prozess ermöglichen. An jedem Ende des Gliedes befindet sich dazu ein nicht dehnbarer elastischer Metallstab, der seine „Hände“ mit sieben Graden bewegt. Das verleiht ihm eine ausgezeichnete Geschicklichkeit und erlaubt präzise 3D-Designs.

Steht die Zielform fest, generiert die Software des Roboters eine Reihe von Trajektoren, um den Schnitt zu erstellen. Die Trajektorien ermöglichen ein effizientes Bewegen der Hände und verringern den Unterschied zwischen aktuellem Werkstück und der Zielform. Die Bewegungen werden mit einem sequenziellen Pfadplanungstool vollautomatisch oder benutzergesteuert ausgeführt.

Details zu Simulationsbeispielen und Prototypen

Mitarbeiterin bei YuMi 14000
Der zweiarmige YuMi IRB 14000 soll einen effizienteren Prozess ermöglichen (Bild © ABB Robotics).

Einige Simulationsbeispiele und Prototypen wurden hergestellt, um die Methode zu bewerten. Ein kubischer Block aus Polystyrolschaum mit der Kantenlänge von 290 mm wurde auf ein Stativ montiert und zwischen den Schnitten manuell gedreht. Eine Hand herzustellen dauerte 4 Stunden, ein Hasenmodell dauerte nur 2 Stunden und 20 Minuten. Es gab mittlere durchschnittliche Fehler im Bereich von 1,97 mm bzw. 0,76 mm beim Hasen und bei einem Herz. Das sei auf den Mangel an Steifheit in den Armen des Roboters und auf die Stativbefestigung zurückzuführen.

Eine höhere Schnittgeschwindigkeit sei durch die Erhöhung der Drahttemperatur zu erreichen. Das würde aber teurer sein und zu verringerter Schnittqualität führen. Alle Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in ihrer Arbeit mit dem Titel „RoboCut: Heißdrahtschneiden mit robotergesteuerten flexiblen Stäben“.

Fehlerraten bei der Arbeit am Hasen und am Herz
Es gab mittlere durchschnittliche Fehler im Bereich von 1,97 mm bzw. 0,76 mm beim Hasen und bei einem Herz (Bild © ETH Zürich).

Videovorstellung der Arbeit

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