机器人成为精密工具

机器人是现代制造业的全能选手——直到它们遇到实心钢或复杂的铣削路径。那是大震动开始的时候。因为标准工业机器人具有灵活性，所以它们缺乏刚度。这正是西门子和施塔德的弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所（IFAM）联合开发的用武之地：一种新的混合动力驱动器，它在不牺牲精度的前提下为机器人提供了新的动力。这一开发赢得了弗劳恩霍夫IFAM的斯蒂芬·汉森和托比亚斯·哈曼以及西门子今年的 “开放创新” 类别的年度发明家奖的斯文·陶赫曼和大卫·比特罗尔夫。大卫·比特罗夫向他的共同发明者解释了一个想法

合作是提高精度的胜利

该概念基于将两种根本不同的驱动器组合在一起：直接驱动器具有很高的精度和速度，但是如果用作唯一的驱动系统，则会变得太重和过于昂贵。间接驱动器既坚固又强大，但灵敏度较低。通过智能地将两个系统组合到一个传动系统中， 混合驱动 是两者兼而有之而创建的。结果是，即使在高进给率下，机器人也能保持稳定和低振动，从而接近经典机床的精度。

四个想法，一个想法

正是来自工业和科学界的四位研究人员的共同专业知识使这项创新成为可能。汉森和哈曼提供了科学基础和控制逻辑，而陶赫曼和比特罗夫则贡献了多年的机器人工业和应用知识。西门子和弗劳恩霍夫长期以来一直保持着互信的合作关系，合作开展联合项目，其中一些项目由公共资助。这允许双方汇集资源。陶赫曼解释说：“我们在个人层面上也有良好的化学反应，创造了一个可以快速尝试和实施新想法的工作环境。”

Sven Tauchmann（Siemens Digital Industries 运动控制、安全和用户技术）

加法与减法的交汇——两个过程，一个机器人

本发明使机器人能够同时进行增量（添加材料）和减法（去除材料）——换句话说，我们在一个系统中实现了钢等硬质材料的3D打印和铣削。零件是逐层创建的，然后经过专业的修整，无需重新夹紧或更换机器。最终，机器人变成了一种用于制造的瑞士军刀——根据任务的不同，它可以打印、磨削或维修，” 大卫·比特罗尔夫解释说。这不仅可以节省时间、能源和成本，还可以节省制造空间。同时，流程变得更加灵活和可持续——这是朝着资源节约型生产系统迈出的重要一步。

大卫·比特罗尔夫（Siemens Digital Industries 运动控制、Mechatronic Support）

从实验室到应用

这项创新早已离开研究阶段，已经在与工业合作伙伴的初步试点项目中进行了测试。主要目标是证明即使在要求苛刻的加工任务中，配备新驱动器的机器人也能可靠地跟踪路径。这为中小型企业开辟了新的潜力——通过更紧凑、更高效的制造单元，可以重新考虑流程，也可以释放尚未开发的自动化潜力。一个例子是在单个机器人单元中统一加法和减法过程。

斯蒂芬·汉森（弗劳恩霍夫 IFAM 体育场，自动化与生产工程）

是什么驱使开发人员前进

Bitterolf说：“现实生活中的客户问题是新想法的最佳灵感。”对陶赫曼来说，团队精神至关重要。“如果你在球场上协调得很好，你就能打进最好的进球。”汉森特别看重的是将研究与培养年轻人才相结合：“在几年内指导年轻同事，共同见证成果，激励人心极大。”对哈曼来说，该奖项实现了儿时的梦想：“发明家不是你可以申请的职业。这是你可以自豪地获得和佩戴的属性，” 他解释道。

托比亚斯·哈曼（弗劳恩霍夫 IFAM 体育场，自动化与生产工程）

展望未来

新的驱动架构为机器人轴控制开辟了开创性的可能性。合作伙伴目前正在优化算法，并研究如何将混合原理转移到其他机器类别。目标是新一代工业机器人，将最大路径精度与铣削和应用过程中的精度、多功能性和可持续性相结合，这是研究与工业之间的紧密合作如何突破技术界限的一个例子。

机器人在行动

弗劳恩霍夫IFAM的研究活动

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