16. 06. 2022
Verfasst von: Markus Hörster, Maximilian Neitmann

Effizienter Flugzeugbau mit autonomen Robotern

Roboterarm samt Gerüst hält die Landeklappe über dem Boden. — Ressourcen und Zeit sparen bei der Flugzeugmontage: Ein mobiler Roboter transportiert eine Landeklappe, ein leichtes Aluminiumgerüst stabilisiert das lange Bauteil.

Um das Fliegen in Zukunft umweltfreundlicher und klimaschonender zu gestalten, sollten nicht nur die Flugzeuge, sondern auch Produktion, Wartung und Reparatur optimiert werden. Im Projekt Hi-Digit-Pro 4.0 haben Forschende der Technischen Universität Braunschweig und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein neues Montagekonzept entwickelt, das Ressourcen, Zeit und Kosten spart: Es kombiniert mobile Robotereinheiten mit leichten Montagevorrichtungen.

Neues Montagekonzept spart Zeit und Ressourcen

Viele Strukturbauteile im Flugzeug bestehen aus leichten Carbonfaser-Kunststoffverbunden (CFK). Wenn diese dünnwandigen, nachgiebigen Bauteile besonders lang und schlank sind, wie zum Beispiel die Landeklappen an den Tragflächen, verformen sie sich durch ihr Eigengewicht bereits während der Montage stark. Abhilfe schaffen hochsteife Vorrichtungen aus Stahl. Sie fixieren die Bauteile in ihrer beabsichtigten Form und ermöglichen eine problemlose Montage. Infolge ihres hohen Gewichts erfordern diese Vorrichtungen jedoch sehr aufwändige und spezialisierte Prozesse.

Der Roboterarm hebt das Bauteil an eine Montageschiene. — Der mobile Roboter fährt das Landeklappen-Modul zur Montagelinie und richtet es mit Aktoren präzise aus.

Mobile Roboter machen Montage flexibler

Ein Forschungsteam der TU Braunschweig und des DLR hat im Forschungsprojekt Hi-Digit-Pro 4.0 nach einfacheren und effizienteren Lösungen für die Flugzeugproduktion gesucht. Die Idee: Automatisierung mithilfe mobiler Roboter. Deren Tragfähigkeit ist jedoch begrenzt und die bisherigen Vorrichtungen zur Fixierung der Bauteile sind viel zu schwer. Die Lösung: Das Team hat leichtere Montagevorrichtungen entwickelt und mit Aktoren kombiniert, die mit automatisch gesteuerten Bewegungen die Bauteile präzise positionieren können. Die neue Vorrichtung ist so leicht, dass ein mobiler Roboter sie tragen kann. Dadurch ist eine größtmögliche Flexibilität des Produktionsprozesses und eine Kompensation von Toleranzabweichungen garantiert.

Nahaufnahme der Aktoren — Aktoren können das Bauteil automatisch und präzise positionieren.

Künftige Optimierung durch Machine Learning

Der mobile Roboter transportiert das Landeklappen-Modul zur Montagelinie und richtet es grob zu den Montagepunkten am Flugzeugflügel aus. Ein 3D-Kamerasystem erfasst die Position der Flügel- und Referenzpunkte von allen zu montierenden Bauteilen. Sechs in die Montagevorrichtung integrierte Aktoren gleichen daraufhin Gravitationseffekte und Fertigungsabweichungen aus. Der Roboterarm montiert das Klappenmodul am Flügel des Flugzeugs. Abschließend entkoppelt der mobile Roboter die Montagevorrichtung und ist bereit für die nächste Aufgabe. Um den Montageprozess künftig noch schneller und effizienter zu gestalten, planen die Forscherinnen und Forscher eine echtzeitfähige Robotersteuerung mittels neuronaler Netzwerke. Ein Algorithmus, der auf maschinellem Lernen basiert, soll dann Auskunft über die Montierbarkeit geben und die Montageparameter selbstständig einstellen. Gefördert wird das Forschungsprojekt vom Bundeswirtschaftsministerium.

Hier finden Sie weitere Informationen:

Youtube: Landeklappen automatisiert montieren

DLR: Geschickt eingefädelt – Montage einer Landeklappe

Assembly of Compliant Structures with Autonomous Industrial Mobile Manipulators, MDPI

Gefördert durch:

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz; Fördernummer 20X1724D „Flink 4.0 – Virtuelles Toleranzmanagement für effiziente Flügelausrüstungsindustrialisierungskonzepte 4.0“