Regelungs- und Greifkonzepte für eine multi-aktorielle servopneumatische Hand
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel des Vorhabens, ein servopneumatisches System mit Hilfe von Schaltventilen und eines Sliding-Mode-Reglers zu betreiben, konnte erreicht werden. Realisiert wurde dies an der Aachen-IFAS-Hand, die aufgrund ihrer starken Miniaturisierung eine große Herausforderung an den Regleralgorithmus darstellt. Die Erforschung des Verhaltens der verwendeten Schaltventile brachte zudem ein mathematisches Modell hervor, mit dessen Hilfe die Ventildynamik abgebildet werden kann. Die Integration von Schaltventilen und neuer Sensortechnik in die Aachen-IFAS-Hand steigerte deren Integrationsgrad, indem nun alle fluidtechnischen Komponenten und Sensoren in der Hand bzw. dem Armstumpf integriert sind. Die Auswahl von Schaltventilen konnte ausschließlich durch einen Kompromiss zwischen Volumenstrom und Dynamik erfolgen. Das entwickelte Regelungskonzept lässt sich prinzipiell auf alle servopneumatischen Systeme, die mit Hilfe von Schaltventilen angesteuert werden, anwenden. Zur breiten Anwendung einer solchen Regelung bedarf es jedoch eines Verfahrens, das selbständig seine Parameter findet und somit nicht vom Benutzer parametriert werden muss. Während dies beim jetzigen Verfahren für die Reglerparameter bereits zutrifft, bedarf es für die Geometrieparameter des Antriebs noch einer Weiterentwicklung zur vollautomatischen Analyse eines angekoppelten Systems. Diese brauchte im vorliegenden Vorhaben nicht realisiert werden, da die Parameter der zu regelnden Antriebe aus den vorangegangenen Forschungsarbeiten bereits bekannt waren. Die Aachen-IFAS-Hand konnte durch die durchgeführten Änderungen an Zuverlässigkeit gewinnen, ist jedoch antriebsseitig zum einen noch immer stark reibungs- und leckagebehaftet und zum anderen auf Ebene der Dichtsysteme zu empfindlich für eine industrielle Anwendung. Eine weitere Miniaturisierung mit einhergehender Steigerung der Zuverlässigkeit und Minimierung der Reib- und Leckageverluste der Antriebe ist somit für eine zukünftige industrielle Anwendung unabdingbar. Langfristig muss eine Integration der Ventiltechnik in die Hand angestrebt werden, sodass die Antriebe und die zugehörigen Ventile eine separat montier- und prüfbare Einheit bilden. Dies würde darüber hinaus den Einsatz der Roboterhand auf unterschiedlichen verfügbaren Kragarm- oder Portalrobotern ermöglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Control Concepts for Servopneumatic Drive Tasks. 5. IFK, Aachen
Meuser, M., Murrenhoff, H.
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Die Aachen-IFAS-Hand – eine pneumatische Roboterhand. In: RWTH-Themen Nr. 1/2008, S. 26-27
Meuser, M., Reinertz, O., Murrenhoff, H.
