Skalierung kooperativer mobiler Multirobotersysteme

Große, schwere und variantenreiche Bauteile stellen hohe Anforderungen an automatisierte Handhabungs- und Montageprozesse. Wir erforschen kooperative mobile Multirobotersysteme, in denen mehrere mobile Manipulatoren gemeinsam Transport-, Positionier- und Montageaufgaben übernehmen.

Durch die koordinierte Zusammenarbeit können die Roboter ihre Kräfte, Bewegungen und Arbeitsräume flexibel kombinieren. Anzahl, Anordnung und Aufgabenverteilung der beteiligten Systeme lassen sich dabei an unterschiedliche Bauteile und Prozessanforderungen anpassen. So entstehen skalierbare Lösungen für den kooperativen Objekttransport, die präzise Handhabung sowie die belastungsangepasste Montage großformatiger Komponenten.

Im Mittelpunkt unserer Forschung stehen skalierbare Programmier- und Planungsmethoden, dezentrale Regelungsansätze und die zuverlässige Koordination der einzelnen Roboter. Lokale Sensorik ermöglicht es den Systemen, Bewegungen und auftretende Belastungen unmittelbar zu erfassen und darauf zu reagieren. Übergeordnete Vorgaben stellen sicher, dass das Gesamtsystem gemeinsame Ziele, Prozessgrenzen und Sicherheitsanforderungen einhält.

Hierzu verbinden wir modellbasierte Verfahren aus Robotik, Regelungs- und Montagetechnik mit lernenden Methoden. Während klassische Ansätze beispielsweise für Bewegungsregelung und Kollisionsvermeidung eingesetzt werden, können datenbasierte Modelle komplexe Kontakt- und Krafteinflüsse abbilden. Dies ist insbesondere bei Montageprozessen relevant, in denen mehrere Roboter gleichzeitig mit einem Bauteil und seiner Umgebung interagieren.

Unser Ziel sind rekonfigurierbare Multirobotersysteme, die sich effizient programmieren, auf unterschiedliche Systemkonfigurationen übertragen und auch für variantenreiche Fertigungsprozesse bis hin zur Losgröße 1 einsetzen lassen. Damit schaffen wir Grundlagen für eine flexible, robuste und skalierbare Automatisierung der Handhabung und Montage großer Bauteile.

Mehrere mobile Roboter transportieren gemeinsam ein Objekt in koordinierter Formation. Das Video zeigt, wie kooperative Multirobotersysteme große oder sperrige Bauteile flexibel handhaben und sicher bewegen können. 

Mehrere mobile Manipulatoren arbeiten gemeinsam an einem Objekt und bilden ein flexibel skalierbares Handhabungssystem. Das Video demonstriert, wie kooperative mobile Multirobotersysteme mit unterschiedlicher Roboteranzahl durch geeignete Regelungs- und Koordinationsansätze auf unterschiedliche Objektgeometrien und Prozessanforderungen angepasst werden können.

Das Video zeigt einen mobilen Roboter für großskalige additive Fertigungsprozesse, bei dem die Plattform während des Druckprozesses verfährt. Im Fokus stehen Trajektorienplanung, Bewegungsregelung und Kompensationsstrategien, um kontinuierliche Fertigungsbahnen trotz Plattformbewegung präzise umzusetzen. 

Recker, T. (2025). Scaling of cooperative mobile multi-robot Systems for handling and assembly of large-scale components. [Dissertation, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover]. TEWISS Verlag.

Diese Dissertation entwickelt ein skalierbares Framework für kooperative mobile Multi-Roboter-Systeme (CMMRS) zur gemeinsamen Handhabung und Montage industrieller Bauteile. Ziel ist es, die Flexibilität, Effizienz und Anpassungsfähigkeit robotergestützter Fertigungsprozesse zu erhöhen, insbesondere bei großen, schweren oder variantenreichen Komponenten.

Das Framework kombiniert eine hardwareunabhängige Steuerungsarchitektur mit optimierter Pfadplanung und ermöglicht es mehreren Robotern, sowohl autonom als auch kooperativ im Verbund zu agieren. Dadurch können unterschiedliche Roboterkonfigurationen, Objektgrößen, -formen und -gewichte flexibel berücksichtigt werden.

Die Praxistauglichkeit wurde experimentell mit verschiedenen Aufgabenstellungen und Systemkonfigurationen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Framework zuverlässig auf bis zu acht Roboter skaliert, ohne an Genauigkeit oder Robustheit zu verlieren – auch bei der Handhabung großer und flexibler Objekte. Damit schafft die Arbeit eine Grundlage für den industriellen Einsatz kooperativer mobiler Multi-Roboter-Systeme, etwa in der Luft- und Raumfahrtfertigung.