Dreidimensionale Positionsregelung von flexiblen Roboterarmen und Manipulatoren auf Basis von Funkortungssystemen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ulrich Konigorski; Professor Dr.-Ing. Martin Vossiek
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 63485017

Ziel des Fördervorhabens ist die Erforschung von verbesserten Verfahren zur absoluten Positionsregelung von flexiblen Robotern. Für das Themengebiet besteht ein erheblicher Forschungsbedarf, da flexible Leichtbau-Roboter attraktive neue Anwendungsgebiete wie z.B. interaktive Roboter-/Mensch-Fertigungsbereiche oder die Haushaltsrobotik erschließen können. Die technische Herausforderung besteht hierbei jedoch zum einen in der signifikant erschwerten Regelung und zum anderen in neuen Anforderungen an die Sensorik. Die Kernidee des avisierten Ansatzes besteht darin, die Regelung und Absolutortung nicht auf üblichen Multilaterationsverfahren oder Bildverarbeitungsprinzipien aufzubauen, sondern erstmals ein Verfahren einzusetzen, bei dem die Rohdaten eines neuartigen Transponder-Ortungssystems basierend auf wellentheoretischen Modellen und geschätzten relativen Bewegungstrajektorien mit Hilfe eines holographischen Rekonstruktionsverfahrens kombiniert werden, um absolute Positionen von Transpondern am Roboterarm hochgenau zu schätzen. Ausgenutzt wird hierbei, dass auch mittels einfacher verteilter Relativsensoren trotz der Drift- und Fehlerakkumulationsproblematik zumindest kleine relative Bewegungsänderungen durch einen Beobachter hinreichend genau geschätzt werden können und daher lokale synthetische Aperturen erzeugbar sind. Hieraus ergibt sich eine völlig neue, direkte Verzahnung der Regelung und Sensorik, da die Bewegung selbst und die Zustandsschätzung für diese Bewegung essentielle Teile der Absolutsensorik darstellen. Dazu müssen aus regelungstechnischer Sicht neue, für lineare zeitvariante hybride Multiraten-System geeignete Zustandsschätzer realisiert werden und aufbauend auf Fehlerbeobachtern soll die Absolutpositionsschätzung ihrerseits dazu dienen, nicht nur das Modell des Roboters sondern auch das Sensormodell iterativ anzupassen. Die neuartigen Verfahren lassen erwarten, dass sowohl das primäre Regelungsziel, die SD-Regelung des Tool Center Points, als auch das sekundäre Regelungsziel, eine aktive Schwingungsdämpfung, sehr viel besser erreicht werden können als in der Vergangenheit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen