MÜNCHEN - Roboter sollen möglichst schnell und präzise arbeiten. Dabei geht es nicht nur um Kostenreduzierung, sondern vor allem auch um eine verläßliche Produktionsqualität. Eine Optimierung zwischen Geschwindigkeit und Präzision hängt von dem Ausmaß der bei der Bewegung auftretenden Schwingungen ab. Auf diesem Gebiet forscht die Technische Universität München.
Entsprechend hohe Massen eines Roboterarms sind die gängige, aber auch kostenträchtige Methode, Schwingungen zu reduzieren. Hier setzen die Versuche des Instituts und Lehrstuhles B für Mechanik an der Technischen Universität München an. Ein Hochleistungsrechner ermittelt innerhalb von 700 Mikrosekunden die notwendigen Gegenschwingungen und dämpft damit in einem schnellen Regelkreis unerwünschte Bewegungen des Roboterarms.
Schwingungen sind um so geringer, je steifer der Hebelarm ist - dies wird auch aus der Anschauung deutlich und ist allgemein bekannt. Je höher bei einem Material die Steifigkeit, desto höher wird zwangsläufig das Gewicht und somit die Massenträgheit. Höhere wie geringere Steifigkeit erzwingen also beide, wenn auch aus verschiedenen Gründen, eine mäßigere Beschleunigung.
Besonders schwere Bauweise kann auch zu Problemen mit der Statik der Produktionsräume führen. In der Raumfahrt muß in besonderem Maß Gewicht gespart werden: Es gibt Roboter zum Aussetzen von Satelliten, bei denen die Steifigkeit des Arms oder der Arme nicht ausreicht, um auf der Erde ihr eigenes Gewicht zu tragen. Diese Beispiele zeigen, welch hohe praktische Bedeutung das Projekt an der TU München hat, das unter der Leitung von Ulrich Kleemann steht.
Die Methode bezeichnet man als "aktive Schwingungsdämpfung". Sie ist nur mittels elektronischer Datenverarbeitung in sogenannter "Echtzeit" realisierbar. Die Anforderungen an die Datenübertragungsrate der Abtastvorrichtungen wie an die Geschwindigkeit des Rechners sind außerordentlich hoch.
Nach dem sogenannten "Abtast"- oder Shannon-Theorem soll die Abtastrate mindestens um den Faktor 2 höher sein als die größte im Abtastsignal auftretende Frequenz. Günstiger für die zu erreichende Präzision der daraus errechneten Führungsgröße zur mechanischen Beeinflussung des vorliegenden Regelsystems ist eine fünf- bis zehnfache Abtastrate.
Für die Forschung ist wichtig, daß der Rechner so viele Kapazitätsreserven hat, daß er alle notwendigen Beobachtungs-, Berechnungs- und Steuerungsmaßnahmen auf der Basis sogenannter Programmier-"Hochsprachen" durchführt. Erst dadurch kann die mathematische und mechanische Versuchsanordnung kurzfristig geändert werden. Die sehr komplexen Bewegungsgleichungen schlagen sich in Fortran-Programmen von mehreren tausend Zeilen nieder.
Es gibt nur wenige Rechner, die solch extremen Anforderungen der Echtzeit gewachsen sind. Bei den üblicherweise für technisch-wissenschaftliche Aufgaben eingesetzten Computern hilft man sich bei Kapazitätsproblemen damit, daß man auf die zeitraubende Programmierung in Maschinensprache oder den diese nicht wesentlich vereinfachenden "Assembler" zurückgreift. Der verwendete Rechner von Concurrent Computer, einer Tochtergesellschaft des Perkin-Elmer-Konzerns, ist speziell für extrem schnelle Aufnahme, Berechnung und Abgabe in Echtzeit anfallender Daten konstruiert. Für produktionsreife Robotersteuerungen plant Ulrich Kleemann eine Übertragung der endgültigen Software in "Maschinensprache", um auf diese Weise Mikrocomputersysteme, die der obersten Leistungsklasse angehören müßten, verwenden zu können, und Kosten, Gewicht und Platzbedarf zu reduzieren.