Boston Engineering erweckt Roboter-Thunfisch zum Leben – mit PTC Lösungen

Robotic Tuna

Auch wenn es im Maschinenbau viele talentierte Konstrukteure gibt, so ist uns die Natur in den meisten Fällen doch haushoch überlegen. Man denke nur an den Thunfisch.

Ein Thunfisch kann bei Geschwindigkeiten von etwa 100 km/h eine 180-Grad-Wendung vollführen und dann in weniger als zwei Körperlängen bereits wieder auf 35 km/h beschleunigen.

Die Konstruktionsgeheimnisse der Natur nutzen Aus diesem Grund nutzten die Entwickler bei Boston Engineering bei der Konstruktion eines Unterwasserroboters für die US Navy einen Thunfisch als Vorbild. Der GhostSwimmer wurde nach einem einen Meter langen Fisch modelliert, der vor der Küste von Gloucester, Massachusetts, gefangen wurde. Das Team scannte das Exemplar im Labor und replizierte die Form im CAD-System.

Das Ergebnis ist ein Roboter mit dem schnittigen Profil eines Thunfischs sowie einem Antriebssystem, einer einzelnen oszillierenden Schwanzflosse, Flossen an den richtigen Stellen und einem fein abgestimmten Muskel- und Sensorkontrollsystem.

Dank dieser Technologie ist der Roboter-Thunfisch (der Fachbegriff lautet „Autonomous Underwater Vehicle“) bei verschiedenen Geschwindigkeiten hoch effizient, anders als ein herkömmliches Antriebssystem mit Schubdüse, das üblicherweise für eine einzige Geschwindigkeit optimiert ist.

Welche Einsatzmöglichkeiten gibt es bei der US Navy für den GhostSwimmer? Ein Beispiel wäre die Minensuche in seichten Gewässern, beispielsweise in Hafenbecken, in küstennahen Gewässern oder in Flüssen.

Roboter-Thunfisch

Modelle zum Leben erwecken mit PTC Lösungen Die Ingenieure bei Boston Engineering verwenden PTC Creo, da diese Software der Standard im Bereich der 3D-CAD-Modellierung ist. Einige Funktionen von PTC Creo hob das Team von Boston Engineering besonders hervor, als da wären:

Flächenkonstruktion: Manchmal hält sich die Natur nicht an einfache geometrische Formeln. Mit PTC Creo ist das kein Problem.
„Stellen Sie sich eine einfache Oberfläche als Bogen mit konstantem Radius vor. Das Profil eines Thunfischs verändert sich sowohl entlang der Länge als auch entlang der Breite“, erklärt der Maschinenbauingenieur Will Ober. „Im Querschnitt würde man sehen, dass das Profil, das so entsteht, nicht einfach mathematisch berechnet werden kann.“

Die Konstrukteure, die am GhostSwimmer arbeiten, verwenden daher die PTC Creo Interactive Surface Design Extension (ISDX). PTC Creo ISDX wird häufig für die Gestaltung ansprechender Konsumgüter eingesetzt, die gut aussehen und sich gut anfühlen. Im Bereich Biomimikry geht es jedoch um viel mehr als nur um die reine Ästhetik. Die Software verbindet die Vorteile der parametrischen Modellierung mit der Flexibilität von Freiformflächen. Konstrukteure können Kurven in mehreren Ebenen gleichzeitig aufbauen. Anschließend können sie mit geringem Aufwand Flächen zwischen den Kurven einfügen und sie in die gewünschte Form bringen.

Simulation: Es dürfte Sie nicht überraschen, dass die Bewegungsabläufe eines Roboters simuliert werden müssen, um den korrekten Umgang mit Reibung, Lasten usw. sicherzustellen. Bei Boston Engineering bieten die PTC Tools laut Ober genau die richtigen Simulationsmöglichkeiten.
Anders als andere Analysetools, bei denen das Modell vor dem Testen geladen und oft auch vereinfacht werden muss, sind die Simulationstools von PTC direkt im CAD-System zugänglich. Ober spart nach eigener Aussage bei jeder Simulation eine Stunde Zeit, weil er sie nicht erst in einer anderen Anwendung aufsetzen muss.

„Wir benötigen kein Tool mit dem Leistungsumfang von ANSYS, und die Simulationstools in anderen CAD-Paketen waren wiederum nicht ausreichend für unsere Zwecke“, so Ober. „In PTC Creo können wir die Simulation während der Konstruktion durchführen und direkt Änderungen vornehmen.“

Datenmanagement: Der GhostSwimmer steckt voller Bauteile. Trotz der kompakten Größe handelt es sich um eine große Baugruppe. PTC Windchill verwaltet CAD- und andere Produktdaten in einem Repository, das mit PTC Creo verknüpft ist. Die Software kontrolliert und automatisiert Produktentwicklungsprozesse und vermeidet so Verwechslungen über Entwürfe und deren Verwendungsorte, letzte Aktualisierungen usw.
Beispielsweise hilft PTC Windchill dem Team bei Boston Engineering in der Frühphase des Entwicklungszyklus ganz erheblich.

„Wenn wir ein neues Projekt starten, bauen wir nach Möglichkeit auf einem vorhandenen Projekt auf“, erzählt Ober. „Ehe wir PTC Windchill verwendeten, verwalteten wir unsere Daten im Dateisystem und lebten mit dem ständigen Risiko, unsere Arbeit zu verlieren. Niemand hatte einen Komplettüberblick. Und so konnte es Wochen dauern, bis wir ein neues Projekt zusammengestellt hatten. Heute hingegen ist das in wenigen Minuten erledigt.“

Ergebnisse im Entwicklungszyklus PTC Lösungen begleiten das Projekt vom Angebot bis zu den Tests. Boston Engineering genießt noch weitere Vorteile:

  • Angebote sind detaillierter, da leicht lesbare Berechnungen aus PTC Mathcad eingebunden werden können.
  • Simulationen sind um 60 % schneller eingerichtet.
  • PTC Windchill sorgt dafür, dass im Modell keine Artefakte verbleiben. Das verbessert die Zuverlässigkeit der Simulationen.
  • Animationen aus PTC Creo können für Marketingpräsentationen genutzt werden.

Und natürlich der größte Vorteil: Flüsse und Hafenanlagen werden sicherer, sodass weniger Menschen den schrecklichen Minen zum Opfer fallen. All das ist Boston Engineering, PTC und einem einen Meter langen Wunderwerk der Natur zu verdanken, das in der Nähe von Gloucester, Massachusetts, aus dem Wasser gezogen wurde.

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