Institut für
Robotik und Prozessinformatik

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Hybride Robotersteuerungsarchitekturen

Projektbeschreibung


In heutigen hochautomatisierten Industriemontagestraßen sind die eingesetzten Knickarmroboter meist rein positionsgesteuert. Aufgrund des permanent steigenden Automatisierungsgrades werden die Anforderungen an Roboter und deren Steuerungsarchitekturen immer anspruchsvoller. Programmierer benötigen mehr als nur eine einfache Positionsrückkopplung. Verschiedenste Sensoren wie Kraft-/Momentensensoren, Abstandssensoren oder Computer-Vision-Systeme müssen in eine Robotersteuerung integriert werden. Um diese steigende Komplexität für Benutzer beherrschbar zu machen, wurde am Institut eine Programmierschnittstelle basierend auf sehr einfachen Roboterbewegungen geschaffen. Bei diesen einfachen Roboterbewegungen spricht man von Aktionsprimitiven (engl. Skill Primitives). Wegen der verschiedenen Sensoren müssen entsprechende Regler entworfen und zusammengeführt werden, d.h. es entsteht ein hybrider Regler, der Positions-, Geschwindigkeits- und Kraft-/Momentenregelung in sechs Freiheitsgraden ermöglicht. Mit den Aktionsprimitiven ist es möglich Sollwerte für diese Regelkreise separat pro Freiheitsgrad anzugeben. Somit kann ein Freiheitsgrad kraft- ein anderer geschwindigkeits- und die verbleibenden Freiheitsgrad können positiongeregelt sein.

Die neuen Steuerungen sollen nicht nur ein intuitives Programmierinterface besitzen. Ziel ist es auch, eine möglichst offene und modulare Softwarearchitektur der Steuerung zu schaffen. Hierfür bietet die echtzeitfähige Middleware MiRPA hervorragende Voraussetzungen. Die Abbildung zeigt die derzeitige Steuerungsarchitektur zur Umsetzung dieses offenen Konzepts. Mit ihr wird die Integration von verschiedensten Sensorsystemen in die Robotersteuerung auf flexible Art und Weise möglich.

Zur Lösung komplexer Roboteraufgaben können Aktionsprimitive zu Netzen zusammengefügt werden. Die Ergebnisse und Leistungsfähigkeit des Konzeptes ist in Videos zu sehen. Dort wurden Netze zur Lösung der Roboteraufgaben Objektablage, Einsetzen einer Glühlampe in eine Bajonettfassung, Einsetzen eines Akkus in ein Mobiltelefon und Fügen eines Quaders in eine L-Form realisiert. Derzeit werden Lösungen für weitere Beispielaufgaben basierend auf Aktionsprimitivnetzen entwickelt und implementiert. Durch die Kombination von Roboteraufgaben können auf einfache Weise komplexe Automatisierungen geschaffen werden. Dabei bleiben die Steuerungsdetails und Regelungsprobleme für den Roboterprogrammierer im Verborgenen.

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Softwarearchitektur für eine Aktionsprimitiv-basierte Robotersteuerung.


Weiterführende Informationen finden Sie in unseren Veröffentlichungen. Bei darüber hinausgehenden Fragen können Sie sich gern an Daniel Kubus wenden.

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