Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Entwicklung des SMART Klettersystems (Mechatronik: Steuerung, Aktuatorik und Sensorik inkl. Energieversorgung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ingenieurgemeinschaft IgH Gesellschaft für Ingenieurleistungen mbH durchgeführt. Ziel des Forschungsprojektes SMART (SMART - Scanning Monitoring And Repair Transportation) ist die Entwicklung einer kletterfähigen Plattform für Wartungsarbeiten an Windenergieanlagen. Insbesondere für die witterungsunabhängige Durchführung von Fehlerdetektion und Reparaturmaßnahmen an den Rotorblättern soll eine vertikal bewegliche Arbeitskabine transportiert werden. Mit einem solchen System kann im Vergleich zu heutigen konventionellen Instandhaltungsmöglichkeiten eine erhebliche Erhöhung der Effektivität erwartet werden. Im aktuellen Vorhaben wird die Entwicklung des eigentlichen Klettersystems im Maßstab 1:3 betrieben. In dieser Phase 1 wird der sogenannte Demonstrator realisiert. Gegenstand der Entwicklung im Teilvorhaben der Ingenieurgemeinschaft IgH GmbH sind das Antriebs-, das Steuerungs- und das Energiesystem des SMART. Der Fokus liegt auf der Beherrschung der Bewegungsvorgänge. Dies betrifft nicht nur die Steigbewegungen, sondern auch transversale Bahnkorrekturen sowie Neigungs- und Schwingungskompensationen. Das Steuerungssystem wird unter Verwendung leistungsfähiger moderner Feldbustechnik umgesetzt. Für den Demonstrator werden auf Grundlage der Informationen aus dem System Engineering (FH Aachen) und den Beiträgen der anderen Projektpartner die Komponenten für die Steuerung und Sensorik definiert und ausgewählt. Die Kontrolle über das Zusammenspiel der einzelnen Anlagenkomponenten wird in der Logik eines Steuerungsrechners implementiert, getestet und in Betrieb genommen. Darüber hinaus wird die gesamte, zur Versorgung der Anlage erforderliche Elektrik, Elektronik und elektrische Sicherheitstechnik geplant, konstruiert und aufgebaut. Als Ergebnis soll eine komplette funktionsfähige Steuerung inklusive aller Antriebe zur Verfügung stehen, die das Klettern des SMART ermöglicht.
Das Projekt "Teilvorhaben 4: Auslegung und Bau des Demonstrators eines Kletterroboters" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TETRA Gesellschaft für Sensorik, Robotik und Automation mbH durchgeführt. Das Projekt 'InspiRat' zielt auf die Entwicklung des Demonstrators eines Kletterroboters für die Inspektion linearer Strukturen ab. Zielapplikationen sind Bereiche von Kabel- oder Rohrsystemen, die aufgrund der Größe durch den Menschen nicht erschlossen werden können (Kabelschächte im Hoch- und Tiefbau, Industrieanlagen, Aufzugsanlagen etc.). Technische Muster- oder Vorbildgeräte für derartige Aufgaben existieren nicht. Für den Bau eines Demonstrators sind Vorbilder aus der Natur zwingend erforderlich. Es sind technische Lösungen für die mechanische Struktur des Körpers, der Beine, der Greifhände, der energieminimalen Steuerung, der angepassten Sensorik und der Telekommunikation zu entwickeln. Die Ergebnisse der im Projekt geführten Einsatzuntersuchungen können zu Funktionsprinzipen führen, die in einem konkreten Entwicklungsprojekt münden. Bei verwertbaren Ergebnissen kann dies mit dem Aufbau eines neuen Geschäftsfeldes bei TETRA verbunden sein.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Entwicklung der Baugruppen Grundsystem, Trägerarme und Aufwickelsystem des SMART Klettersystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gebr. Käufer GmbH Befahrtechnik durchgeführt. Ziel des Forschungsprojektes SMART (SMART - Scanning Monitoring And Repair Transportation) ist die Entwicklung einer kletternden Plattform für Windenergieanlagen mit einer geschlossenen, witterungsunabhängigen Arbeitsplattform (Arbeitskabine), welche zur Instandhaltung - von der mobilen Fehlerdetektion bis zur automatischen Reparatur - der Rotorblätter der WEA im On- und Offshore Bereich zum Einsatz kommen und zur erheblichen Erhöhung der Effektivität, im Vergleich zu heutigen konventionellen Instandhaltungsmöglichkeiten, beitragen soll. Im vorliegenden Vorhaben wird nur die Entwicklung des Klettersystems im Maßstab 1:3 betrachtet. Hauptziel des Teilvorhabens ist die industrielle Erforschung und Entwicklung des Grundkörpers (Hauptklettersystem), die sicherheitsrelevante Überwachung der Wickeltechnik des Gurtaufwickelsystems sowie der Trägerarme (Lastausleger). Die wesentlichen Aspekte bei der Erstellung der Baugruppen Grundkörper und Lastausleger sind: - Analyse des Verformungsverhaltens im Betrieb - Analyse der Festigkeit z.B. der Lagerung und der Stabilität - Anbindung zur Messdatenerfassung, - Dynamisches Verhalten beider Komponenten, - Betriebsverhalten in Bezug auf Umwelteinflüsse - Mechanische Anbindung des Lastausleger an den Grundkörper, - Sensorik zur Überwachung der Belastungsvorgänge am Grundkörper (Kraftmessdosen), - Überprüfung der Verformung des Grundkörpers durch das Aufzugssystem. Wesentliche Aspekte bei der Erstellung des Gurtaufwickelsystems sind: - Integration von Heizsystemen, - Realisierung der Spannkraft, - Integration von Sensoren und Aktuatoren (Kraft, Drehmoment, Laststeifigkeit), - Anbindung zur Messdatenerfassung. - Wie wird einem eventuellen Kriechverhalten der Gurte im Betrieb begegnet? - Wie könnte es überwacht werden? - Variable Regelung der Gurtspannung, - Betriebsverhalten in Bezug auf Umwelteinflüsse, - Bestimmung der Lagerkräfte des Anlagemechanismus im Betrieb.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Entwicklung eines Demonstrators des selbstkletternden Systems (SMART-Klettersystem)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fachhochschule Aachen, Fachbereich 6 Luft- und Raumfahrttechnik durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung einer selbstkletternden Serviceplattform für Windenergieanlagen (SMART). SMART soll zur Instandhaltung von Rotorblättern über das ganze Jahr im Drei-Schichtbetrieb im On- und Offshore-Bereich eingesetzt werden. Die Wetterunabhängigkeit der Instandhaltung wird durch eine geschlossene Arbeitskabine gewährleistet. Im Rahmen dieses Teilvorhabens wird das Klettersystem des Basisprojekts (Phase 1) im Labormaßstab 1:3 entwickelt, gebaut und unter Laborbedingungen getestet. Parallel dazu wird ein Prüfstand an der FH Aachen errichtet, um die Funktionalität dieses Klettersystems durch unterschiedliche Tests zu überprüfen. Diese Tests finden begleitend zum Aufbau des Demonstrators (Klettersystems) statt. Das Ziel dieses Teilvorhabens ist die Erforschung, Entwicklung und Realisierung der Kletterfunktion des SMART Roboters. Hierbei muss eine geeignete Kinematik konstruiert und berechnet werden, die zumindest die Bewegung laut der Patentschrift erfüllt, d.h. das vertikale Klettern an zylinderförmigen, rauen Türmen von Windkraftanlagen. Die Funktion kann nur im Labormaßstab getestet werden, jedoch sollen die wesentlichen Komponenten des Roboters aufgebaut und betrieben werden. Die Traglastfähigkeit des Systems soll mit dem Demonstrator unter verschiedenen Bedingungen getestet werden. Die wesentlichen Aspekte bei der Erstellung der Roboterkinematik sind: - Ermittlung der statischen Lagerbelastungen und Momente, - Auslegung und Konstruktion der Lager, - Kinematische Analyse des Klettervorgangs, - Variation der kinematischen Randbedingungen beim Klettern, - Auswahl des zu realisierenden kinematischen Prinzips, - Analyse des Übergangs zwischen Statik/Dynamik, - Ermittlung der dynamischen Lagerbelastungen und Momente, - Kombination der dynamischen Belastungen mit der kinematischen Auslegung, - Überprüfung des kinematischen Konzepts mit den ermittelten dynamischen Randbedingungen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Entwicklung des SMART Klettersystems (Gurtsystem und Anlagemechanismus)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SII Deutschland GmbH durchgeführt. Ziel des Forschungsprojektes SMART (SMART - Scanning Monitoring And Repair Transportation) ist die Entwicklung einer kletternden Plattform für Windenergieanlagen mit einer geschlossenen, witterungsunabhängigen Arbeitsplattform (Arbeitskabine), welche zur Instandhaltung - von der mobilen Fehlerdetektion bis zur automatischen Reparatur - der Rotorblätter der WEA im On- und Offshore Bereich zum Einsatz kommen und zur erheblichen Erhöhung der Effektivität, im Vergleich zu heutigen konventionellen Instandhaltungsmöglichkeiten, beitragen soll. Im vorliegenden Vorhaben wird nur die Entwicklung des Klettersystems im Maßstab 1:3 betrachtet. Hauptziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung des Verbindungssystems zwischen dem Kletterroboter und dem Turm. Dies umfasst das komplette Gurtsystem mit hoher Ausfallsicherheit und Lebensdauer sowie den Anlagemechanismus. Eingeschlossen sind wissenschaftliche Untersuchungen geeigneter Materialien und Bauelemente für die unterschiedlichsten Einsatzregionen sowie die Berücksichtigung wissenschaftlicher Studien und Testberichte. Im Einzelnen müssen in der industriellen Erforschung des Gurtsystems u.a. Kriterien für die Realisierung und Überwachung des An- und Abwickelns und eine sichere Kraftübertragung berücksichtigt werden. Folgenden Punkten in der Grundlagenbetrachtung und experimentellen Überprüfung wird besondere Aufmerksamkeit gewidmet: - Integration von Heizsystemen, - Realisierung der Spannkraft, - Integration von Sensoren und Aktuatoren, - Anbindung zur Messdatenerfassung, - Wie wird einem eventuellen Kriechverhalten der Gurte im Betrieb begegnet? - Wie könnte es überwacht werden? - Variable Regelung der Gurtspannung, - Betriebsverhalten in Bezug auf Umwelteinflüsse, - Bestimmung der Lagerkräfte des Anlagemechanismus im Betrieb.
Das Projekt "Teilvorhaben 5: Funktionelle Morphologie des Mikrogreifens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität zu Kiel, Sektion Biologie, Zoologisches Institut, Lehrstuhl für Spezielle Zoologie durchgeführt. Analyse der Bewegungsabläufe (Kontaktbildung, Kontaktlösung) bei unterschiedlichen biologischen Systemen (Fliege, Käfer, Spinne, Gecko) während deren Lokomotion an der Decke. In Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Witte: Mitentwicklung von Haftmodulen für den Roboter mit ähnlichen Kontaktmechanismen. 1. Beschreibung der Bewegungsabläufe von verschiedenen Organismen an der Decke. 2. Kraftmessung an den Tieren in unterschiedlichen Verhaltenssituationen (Ebene, Wand, Decke) und unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit (hydrophob, hydrophil, glatt, rau). 3. Herstellung und Charakterisierung der künstlichen Hafteinrichtungen für die Implementierung in das modulare Robotersystem 'CREST' (Climbing Robots for Exploration and Scientific Testings).
Das Projekt "Teilvorhaben 3: Funktionelle Morphologie des Mikrogreifens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, Max-Planck-Institut für Metallforschung durchgeführt. Die Antragsteller haben sich zu einem Verbundprojekt zusammengefunden, mit dem Ziel, den zukunftsträchtigen Markt der bionisch inspirierten Kletterrobotik von Deutschland aus in seiner gesamten Breite von der Grundlagenforschung bis zum Produkt wesentlich zu bestimmen. Bisherige Kletterroboter sind für die Inspektion und Reinigung glatter Wände (Fensterscheiben, Beton- oder Stahlflächen) mit Saugnäpfen ausgelegt. existiert Es existiert eine Vielzahl von baulichen und technischen Altbeständen, deren Kommunikations- und Versorgungsnetze dokumentiert, kontrolliert bzw. ersetzt werden sollen. Dokumentationen hierzu sind eher eine Seltenheit und die Leitungen sind oft schwer zugänglich für eine direkte Inspektion. Für diese Wartungs- und Dokumentationsarbeiten wäre es hilfreich, eine Maschine zu haben, die autonom Kabel oder Rohrleitungen von außen inspizieren kann. Wichtig für eine derartige Klettermaschine ist ein möglichst kleiner Bauraum bzw. eine 'schlanke' Struktur, so dass auch relativ kleine Öffnungen passiert werden können. Der Gedanke an eine biologisch inspirierte mechanische Ratte, eine 'InspiRat', ist bei diesen Vorgaben nahe liegend. Gemeinsames Ziel der Antragsteller ist als Arbeitsbasis ein grundlegendes Verständnis des quadrupeden Kletterns für die Umsetzung der Ergebnisse in einen biologisch inspirierten Kletterroboter 'InspiRat'. Erstmals soll unter Anwendung verschiedener Analysetechniken eine systematische Untersuchung des Kletterns unter kinematischen und dynamischen Aspekten erfolgen. Reibung ist das Prinzip, welches in den meisten Greifsystemen zu vermuten ist. Sie ist verantwortlich für die Fixierung oder die Bewegungsbeschränkung zwischen zwei Oberflächen mit der Hilfe von unterschiedlichen Typen von Mikro- bis Nanostrukturen. Auch die Härte und Elastizität sowie andere mechanische Eigenschaften der biologischen Greifflächen sind kaum untersucht. Auf Grund unserer bisherigen Untersuchungen an Insekten vermuten wir, dass ein biologisches Reibungssystem eine Oberfläche mit einer besonderen Kombination von Mikrostrukturen und mechanischen Eigenschaften hat. Man vermutet z.B. eine starke viskoelastische Komponente in den mechanischen Eigenschaften solcher Materialien. Unsere Reibungsexperimente haben deutlich demonstriert, dass ein glattes und strukturiertes Haftband mit Schaumstoff als Träger kombiniert die besten Reibungskoeffizienten aufweisen. Das Prinzip des Haftfilms auf einem weichen Substrat wurde durch biologische Haftsysteme inspiriert. Deswegen schlagen wir solche Materialien als sehr gute Kandidaten für die Implementierung in robotischen Greifsystemen vor.
Das Projekt "Teilvorhaben 2: Funktionelle Morphologie des Kletterns vierbeiniger Wirbeltiere" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Jena, Institut für Spezielle Zoologie und Evolutionsbiologie mit Phyletischem Museum durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines kleinen bis mittelgroßen Kletterroboters nach dem Vorbild kletternder vierbeiniger Wirbeltiere. Mit diesem soll die externe Inspektion von Leitungsbündeln in dem Menschen unzugänglichen Einsatzbereichen ermöglicht werden. Die aus Vorarbeiten bekannte anatomische Grundstruktur der Vorbildtiere wird technisch abgebildet. Dabei spielt 'Intelligente Mechanik' eine zentrale Rolle. Parallel wird technisch-biologisch die funktionelle Nutzung der Strukturen analysiert (physiologische Kraft- und Momenten-Zeit-Verläufe beim Klettern aus Highspeedröntgen und Dynamometrie) und bionisch abgebildet. An die Aufgabenstellung angepasste Haft- und Greifmechanismen werden artübergreifend biologisch inspiriert entwickelt. Mit einer teilautonomen Steuerung wird die Maschine im Testfeld und im Freiland getestet. Die Entwicklung erschließt TETRA grundsätzlich neue Geschäftsfelder ohne Konkurrenzprodukte. Die Anwendungspartner erhalten eine Problemlösung. Die akademischen Partner schaffen Erkenntnisse und damit technisch-biologische Grundlagen für eine Vielzahl weiterer bionischer Entwicklungen. Alle Partner bauen ihr Know-How in der Bionik aus.
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