Fortschrittliche Robotikentwicklung und Simulationsdienstleistungen
Wir entwickeln und simulieren Robotersysteme für anspruchsvolle Anwendungen – mit Fokus auf zuverlässige Bewegungsabläufe, präzise Regelung und eine schnellere Prototypenentwicklung.
Robotikmodellierung, Bewegungsregelung und virtuelle Validierung für komplexe mechanische Systeme
WiredWhite bietet Dienstleistungen in den Bereichen Robotikentwicklung, dynamische Simulation und Bewegungsregelung für zweibeinige Roboter, gelenkige Mechanismen sowie elektromechanische Prüfsysteme.
Wir modellieren, wie sich ein Roboter unter Belastung bewegt, wie seine Gelenke und Antriebe reagieren und ob das Regelungssystem auch bei Kontaktvorgängen, Beschleunigungen und wechselnden Betriebsbedingungen stabil arbeitet. Dadurch erhalten Sie bereits vor dem Bau eines Prototyps eine fundierte Grundlage für technische Entscheidungen und die Optimierung Ihres Designs.
Von kinematischen Modellen und der Newton-Euler-Dynamik über kraftgeregelte Antriebssysteme bis hin zur Validierung auf Prüfständen unterstützen wir Sie dabei, komplexe Robotikkonzepte in robuste, testbare und leistungsfähige Systeme zu überführen.
Lösen Sie Herausforderungen in der Robotikmodellierung und -simulation, bevor sie in der Hardware auftreten
Robotersysteme versagen oder liefern nicht die erwartete Leistung aus Gründen, die sich mit CAD-Modellen oder statischen Berechnungen allein häufig nicht erkennen lassen. Wir unterstützen Unternehmen bei der Bewältigung von Herausforderungen wie:
✅ Ungenaue Simulation dynamischer Roboterbewegungen
✅ Instabiles Lauf-, Balance- oder Kontaktverhalten bei zweibeinigen Robotersystemen
✅ Eingeschränkte Transparenz hinsichtlich Gelenkbelastungen, Drehmomentanforderungen und mechanischer Beanspruchung
✅ Lange Entwicklungszyklen zwischen mechanischer Konstruktion, Regelungsentwicklung und physischen Tests
✅ Fehlendes internes Know-how für komplexe DOF- und Steuerungsalgorithmen
✅ Schwierigkeiten bei der Überführung von Newton-Euler-Gleichungen und theoretischen Modellen in praxistaugliche Simulationen
✅ Unsicherheit darüber, ob eine Regelungsstrategie auch außerhalb idealer Betriebsbedingungen stabil und zuverlässig funktioniert
✅ Fehlender durchgängiger Validierungsprozess zwischen Simulationsergebnissen und Prüfstandsdaten
Unsere Arbeit zielt darauf ab, technische Unsicherheiten bereits in frühen Entwicklungsphasen zu minimieren wenn Anpassungen noch deutlich schneller und kostengünstiger möglich sind als nach dem Bau physischer Prototypen.
Robotik-Engineering-Dienstleistungen
Dynamische Modellierung gelenkiger Robotersysteme
Wir entwickeln dynamische Modelle für Robotermechanismen mit mehreren Freiheitsgraden – darunter Gelenkarme, laufende Robotersysteme und kundenspezifische elektromechanische Baugruppen.
Abhängig von den Anforderungen des Projekts kann das Modell folgende Aspekte berücksichtigen:
- Kinematische Ketten und Gelenkzwänge
- Masse, Trägheit, Reibung und Elastizitätseffekte
- Drehmoment-, Kraft- und Geschwindigkeitsgrenzen von Antrieben
- Äußere Lasten und Kontaktkräfte
- Verhalten von Antriebssträngen und Getrieben
- Sensorrückführung und Wechselwirkungen mit Regelkreisen
Das Ziel ist nicht lediglich die Erstellung eines visuellen Robotermodells. Entscheidend ist, das reale Systemverhalten unter dynamischen Bewegungsbedingungen zu verstehen und frühzeitig zu erkennen, wo mechanische Auslegungen oder Regelungsannahmen an ihre Grenzen stoßen können.
Zweibeinige Robotik und Simulation dynamischer Bewegungsabläufe
Zweibeinige Robotersysteme erfordern mehr als eine reine Trajektorienplanung. Ein stabiles Laufverhalten entsteht durch das komplexe Zusammenspiel von Körperdynamik, Kontaktkräften, Ansprechverhalten der Antriebe, Balancealgorithmen und wechselnden Bodenbedingungen.
Wir unterstützen die Entwicklung und Simulation zweibeiniger Robotersysteme, einschließlich:
- Ballistischer und kraftgeregelter Laufkonzepte
- Analyse von Gangzyklen
- Bewertung von Balance und Stabilität
- Modellierung von Bodenkontakten und Stoßvorgängen
- Analyse von Gelenkmomenten und auftretenden Kräften
- Strategien zur Impulsregelung
- Simulation von Störungen und nicht idealen Betriebsbedingungen
- Vorbereitung von Prüfständen für Geh- und Bewegungsexperimente
Diese Arbeiten ermöglichen es Entwicklungsteams, die physikalische Machbarkeit eines Laufkonzepts zu bewerten, bevor kostenintensive Hardware-Iterationen durchgeführt werden.
Entwicklung von Bewegungs- und Kraftregelungen
Ein Roboter kann unter idealen Bedingungen einer geplanten Trajektorie folgen, jedoch bei veränderten Lastbedingungen ungenau, ineffizient oder instabil werden. Wir entwickeln und bewerten Regelungskonzepte, die das reale mechanische Verhalten des Systems berücksichtigen.
Unsere Leistungen umfassen unter anderem:
- Positions-, Geschwindigkeits-, Drehmoment- und Kraftregelung
- Trajektoriengenerierung und -verfolgung
- Konzepte für kraftgeregelte Antriebssysteme
- Impuls- und Kontaktregelung
- Optimierung von Rückkopplungs- und Regelkreisen
- Analyse der Regelungsstabilität
- Koordination von Antrieben über mehrere Gelenke hinweg
- Vergleich und Bewertung verschiedener Regelungsarchitekturen
Mithilfe von Simulationen testen wir die Leistungsfähigkeit von Regelungsstrategien unter variierenden Lasten, Störungen, Parameterabweichungen und Betriebsszenarien, die sich auf realer Hardware nur schwer oder mit hohem Risiko reproduzieren lassen.
Mehrkörpersimulation und virtuelles Prototyping
Virtuelles Prototyping verbindet die mechanische Konstruktion und die Entwicklung von Regelungssystemen bereits in einer frühen Entwicklungsphase – noch bevor ein vollständiger physischer Roboter existiert.
Wir erstellen Simulationsumgebungen, die es Entwicklungsteams ermöglichen, folgende Aspekte zu untersuchen:
- Bewegungsfähigkeit und kinematische Machbarkeit
- Arbeitsräume und Kollisionsverhalten
- Gelenkbelastungen und Auslegung von Antriebssystemen
- Strukturelle und mechanische Randbedingungen
- Reaktion und Verhalten des Regelungssystems
- Empfindlichkeit gegenüber Parameteränderungen
- Systemleistung bei unterschiedlichen Nutzlasten, Trajektorien und Betriebsbedingungen
Dieser Ansatz hilft dabei, Designrisiken frühzeitig zu erkennen, bevor sie zu aufwendigen Prototypenanpassungen, Testverzögerungen oder kostspieligen Änderungen an Komponenten führen.
Validierung von Simulationen mit Prüfstandsdaten
Eine aussagekräftige Simulation muss letztendlich mit dem realen Systemverhalten abgeglichen werden. Wir unterstützen Entwicklungsteams bei der Erstellung von Validierungsprozessen, die Simulationsergebnisse mit Prüfstandsexperimenten verbinden.
Typische Aufgaben umfassen:
- Definition messbarer Simulationsgrößen und Bewertungskriterien
- Vorbereitung von Testszenarien und Betriebsbedingungen
- Vergleich von Modellvorhersagen mit Sensor- und Versuchsdaten
- Identifikation von Abweichungen zwischen angenommenen und realen Parametern
- Verbesserung der Modellgenauigkeit, wenn diese für technische Entscheidungen relevant ist
- Validierung des Regelungsverhaltens vor einer breiteren Implementierung
Das Ziel ist praxisorientierte Sicherheit: zu verstehen, welchen Teilen des Modells vertraut werden kann, wo weiterhin Unsicherheiten bestehen und welche Tests als nächstes durchgeführt werden sollten.
Von uns angewandte Engineering-Methoden
Roboterdynamik und Bewegungsgleichungen
Bei komplexen Robotersystemen müssen Bewegungsabläufe so beschrieben werden, dass sie analysiert, simuliert und für die Entwicklung von Regelungssystemen genutzt werden können.
Unsere ingenieurtechnische Arbeit umfasst unter anderem:
- Newton-Euler-Formulierung für gelenkige Robotersysteme
- Vorwärts- und inverse Dynamik
- Kinematische Analysen und Untersuchungen auf Basis von Jacobi-Matrizen
- Formulierung von Cauchy-Problemen für dynamische Systeme
- Modellierung von Kontaktkräften und Impulsen
- Nichtlineare Differentialgleichungen
- Dynamik von Antrieben und Antriebssträngen
Diese Methoden werden als Bestandteil eines durchgängigen Engineering-Prozesses eingesetzt – nicht als isolierte mathematische Übungen. Das Ergebnis soll konkrete technische Entscheidungen unterstützen, die Entwicklung von Regelungen ermöglichen oder die Planung von Validierungsschritten verbessern.
Simulation-First-Entwicklung in der Robotik
Simulationen helfen dabei, Fragen zu beantworten, die durch rein physische Tests nur schwer, risikoreich oder kostenintensiv untersucht werden können.
Mit dynamischen Simulationen analysieren wir unter anderem:
- Wie sich das System verhält, wenn Nutzlast, Reibung oder Trägheit von den ursprünglichen Annahmen abweichen
- Ob Antriebe die erforderlichen Drehmoment- und Geschwindigkeitsanforderungen erfüllen können
- Wie ein Roboter auf plötzliche Störungen reagiert
- Ob eine Regelungsstrategie während Kontaktvorgängen stabil bleibt
- Wo mechanische Designgrenzen die erreichbare Bewegung einschränken
- Welche Testszenarien vor der Hardware-Validierung priorisiert werden sollten
Ein Simulation-First-Ansatz ersetzt keine Prototypen. Er sorgt dafür, dass Prototypen gezielter entwickelt, effizienter getestet und mit höherer Erfolgswahrscheinlichkeit umgesetzt werden können.
Typische Robotersysteme und Anwendungsfälle
Wir unterstützen Engineering-Projekte in folgenden Bereichen:
- Zweibeinige und laufende Robotersystemen
- Anthropomorphe Roboter mit 5 oder 7 Freiheitsgraden
- Gelenkige Robotikmechanismen
- Kraftgeregelte Antriebssysteme
- Robotische Prüfstände
- Kundenspezifische Bewegungssysteme
- Elektromechanische Prototypen
- Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Bereich Bewegungsregelung
- Simulationsumgebungen zur Designvalidierung von Robotersystemen
Wenn Ihr System mechanische, elektrische und regelungstechnische Komponenten miteinander verbindet, unterstützen wir Sie dabei, einen passenden Modellierungs- und Simulationsansatz für die jeweilige Entwicklungsphase zu definieren.
Tools und Engineering-Umgebung
Die Auswahl geeigneter Tools hängt von der Systemarchitektur, der erforderlichen Modellgenauigkeit und dem Ziel der Validierung ab. Unser Workflow kann folgende Werkzeuge und Umgebungen umfassen:
- MATLAB und Simulink für dynamische Modellierung, Regelungsentwicklung und Validierung von Algorithmen
- Simscape Multibody für Mehrkörpersimulationen und die Modellierung gelenkiger Systeme
- Simscape Electrical und verwandte Umgebungen zur Simulation des Verhaltens elektromechanischer Antriebssysteme
- CAD-basierte Geometrie- und Mechanikdaten, sofern für die Modellierung relevant
- Echtzeit- und Prüfstandsumgebungen zur Validierung von Regelungssystemen
- Individuell entwickelte numerische Modelle für spezielle Dynamik- oder Regelungsprobleme
Unser Fokus liegt darauf, Werkzeuge gezielt einzusetzen, um technische Entscheidungen transparenter zu machen – nicht darauf, unnötig komplexe Modelle zu erstellen.
Was Sie Erhalten
Abhängig vom Projektumfang umfasst ein Robotik-Design- und Simulationsprojekt unter anderem:
- Ein dokumentiertes dynamisches Modell des Robotersystems
- Kinematische und dynamische Analysen
- Anforderungen an Antriebslasten, Drehmomente und Kräfte
- Architektur des Bewegungsregelungssystems und Simulationsergebnisse
- Szenariobasierte Analysen von Stabilität und Systemperformance
- Erkenntnisse aus dem virtuellen Prototyping sowie Designempfehlungen
- Einen Validierungsplan für Prüfstände
- Technische Dokumentation für interne Entwicklungsteams
- Eine klare Roadmap für die nächsten Schritte bei der Prototypenentwicklung oder der Optimierung von Regelungssystemen
Warum mit WiredWhite arbeiten?
WiredWhite unterstützt Unternehmen, Entwicklungsteams und Technologieunternehmen bei der Umsetzung komplexer technischer Systeme.
Unser Ansatz verbindet ingenieurwissenschaftliche Analyse mit praxisorientierter Projektumsetzung:
- Simulationen, die direkt mit realen Designentscheidungen verknüpft sind
- Transparente Kommunikation und dokumentierte Annahmen
- Fachübergreifende Zusammenarbeit in den Bereichen Mechanik, Regelungstechnik, Elektrotechnik und Software
- Unterstützung von der Konzeptentwicklung bis zur Validierung
- Zugang zu einem Netzwerk von Engineering-Spezialisten für projektspezifische Anforderungen
Wir betrachten Robotiksimulation nicht als reine visuelle Darstellung. Unser Ziel ist es, technische Unsicherheiten zu reduzieren und Entwicklungsteams dabei zu unterstützen, fundierte Entscheidungen auf Basis belastbarer Analysen zu treffen.
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