Statische, Arbeitsraumübergreifende Online-Kalibrierung an Knickarmrobotern mit Inertialsensorik (RCAL-IMS)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 497511198

Der Einsatz von Knickarmrobotern in der Produktion nimmt stetig zu. Für Aufgaben mit hoher Absolutgenauigkeit ist die serielle Kinematik jedoch eine Herausforderung: Elastische Deformationen in Gelenken und Gliedern führen zu über den Arbeitsraum veränderlichen Absolutfehlern im Bereich einiger Millimeter. Bisherige mechanische Kalibrierverfahren, etwa durch Antasten von Maßkörpern, sind ortsgebunden und beschränken den kalibrierten, für die Applikation verwendbaren Arbeitsraum auf einen Teilbereich. Zusätzlich ermöglichen sie die Kalibrierung nur in der Nebenzeit, die eigentliche Aufgabe muss hierfür unterbrochen werden. Optische Verfahren, wie Lasertracker und Kamerasysteme, bieten zwar eine hohe Arbeitsraumabdeckung, sind in den Anschaffungskosten jedoch deutlich teurer, als der Roboter selbst und erfordern Sichtkontakt.Zur Kompensation dieser Nachteile wird in diesem Antrag ein neuartiges Kalibrierverfahren untersucht, welches an der Roboterstruktur angebrachte Inertialsensoren nutzt, die ohne externe Referenz im gesamten Arbeitsraum einsetzbar sind. Die Inertialsensorik wird dabei nicht auf Lageebene verwendet, wodurch die erreichbare Genauigkeit durch Integrationsdrift bisher im Millimeterbereich begrenzt war. Stattdessen wird in statischen Betriebsphasen die Verkippung des Erdbeschleunigungsvektors gemessen. Diese wird zur Kalibrierung der Parameter eines elastokinematischen Robotermodells verwendet, um über eine modellbasierte inverse Kinematik die Absolutgenauigkeit zu verbessern und Bahnfehler zu reduzieren. Darüber hinaus werden nicht modellierte Restfehler im Betrieb gemessen und iterativ kompensiert, um die Absolutgenauigkeit weiter zu steigern. Die maximal erreichbare Genauigkeitssteigerung am Endeffektor wird sowohl für die Parameteridentifikation, als auch für die Online-Kompensation der Restfehler simulativ und experimentell validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler