Optimale Kontaktkraftschätzung bei Industrierobotern für mechanische Fertigungsarbeiten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511766869

Bei industriellen, mechanischen Fertigungsarbeiten (wie z. B. Polieren, Schleifen, Entgraten und Montageaufgaben) mit Robotermanipulatoren muss der Endeffektor des Manipulators mit der Umgebung interagieren. Für diese Interaktion mit der Umgebung wird aufgrund einer begrenzten Planungs- und Absolutgenauigkeit eine Kraftregelung benötigt. Für diese Regelung ist wiederum die Kontaktkraft in Echtzeit erforderlich, wofür Kraft-/Momentensensoren (F/T-Sensoren) eingesetzt werden. Es ist wünschenswert den Einsatz von F/T-Sensoren zu vermeiden, da die zusätzliche Sensorik in höheren Kosten als auch in einer höheren Ausfallwahrscheinlichkeit resultiert. Eine Alternative zum Einsatz dieser Sensorik stellt die Beobachtung der Kontaktkraft aus vorhandenen Messsignalen dar. Seit wenigen Jahren bieten Roboterhersteller (wie z.B. Fanuc, Mabi Robotic) Industrieroboter für mechanische Fertigungsarbeiten an, die sowohl motor- als auch abtriebsseitige Positionserfassung besitzen. Diese abtriebsseitige Positionsmessung in Kombination mit den aktuellen Entwicklungen der theoretischen Regelungstechnik, versprechen eine Verbesserung der Kontaktkraftschätzung gegenüber dem Stand der Forschung. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird eine optimale Kontaktkraftschätzung auf Basis des Moving-Horizon-Ansatzes und der neuerdings verfügbaren abtriebsseitigen Positionsmessung erforscht. Die Methode zeichnet sich im Gegensatz zum Stand der Forschung dadurch aus, dass nicht nur der Momentanwert, sondern ein längeres Zeitfenster der Signale zur Zustandsschätzung verwendet wird, wodurch eine bessere und robustere Schätzung erzielt werden kann. Die zu entwickelnde Methode wird anhand eines realen Fertigungsprozesses anwendungsnah validiert und mit dem Einsatz von F/T-Sensoren verglichen.

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