Professur Robotersysteme

Forschungsschwerpunkt Kraft-/ Momentregelung
Üblicherweise arbeiten heutige Industrieroboter rein positionsgeregelt. Dabei können beim Kontaktieren der Umgebung durch den Roboter aufgrund von Ungenauigkeiten schnell sehr hohe Kontaktkräfte auftreten. Durch den Einsatz passiver Nachgiebigkeiten oder aktiver Kraft-/ Momentregelalgorithmen kann dies vermieden werden. Der letztere Fall - die Kraft-/ Momentregelung - erlaubt die Anpassung an verschiedenste Umgebungen und ist daher besonders flexibel. Ziel der Forschungsaktivitäten der Professur Robotersysteme auf dem Gebiet der Kraft-/ Momentregelung ist die Erarbeitung von Algorithmen zum sicheren Finden und Halten des Kontaktes zwischen Roboter und Umgebung.
Kraftgeregelte Konturenverfolgung
Für die Realisierung einer Kraft-/ Momentregelung ist es notwendig, die auf den Endeffektor des Roboters wirkenden Kräfte und Momente zu messen. Dazu wird ein sog. Kraft-/ Momentsensor (KMS) benutzt. Im hier gezeigten Beispiel kontaktiert der Roboter zunächst die die Umgebung. Deren genaue Position ist nicht bekannt. Zu beachten ist die Stabilität des Algorithmus, um jegliche Art von Beschädigungen zu vermeiden. Wurde eine vorher eingestellte Kontaktkraft erreicht, dann verfährt der Roboter horizontal entlang des unbekannten Profils. Durch die vertikal wirkende Kraftregelung bleibt der Kontakt zum Profil sicher erhalten. Zusätzlich kann realisiert werden, dass das Werkzeug stets senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet ist.
Film (MPEG ca. 1,1MB)
Kraftgeregelte Oberflächenbearbeitung
Für Bearbeitungsvorgänge an unbekannten Oberflächen (Entgraten, Polieren, ...) kann es notwendig sein, die Kontaktkraft zwischen Werkzeug und Umgebung aktiv zu regeln. Als Beispiel für Laborversuche wurde das kraftgeregelte Zeichen gewählt. Dabei hat der Roboter die Aufgabe eine Figur mit Kreide auf eine Tafel zu zeichnen. Die Schwierigkeit besteht zum einen darin, dass die Tafel gegenüber dem Boden geneigt ist, und diese Neigung dem Roboter unbekannt ist. Zum anderen wurde mit der Kreide ein sehr empfindliches Werkzeug gewählt, welches sehr schnell beschädigt werden kann, falls die Kontaktkraft zu hoch ist. Die Anforderungen an den Algorithmus zur Kraftregelung sind Folgende:
  • Schnelles und sicheres Herstellen des Kontaktes zwischen Kreide und Tafel an den Stützstellen,
  • Zeichnen der Figur ohne die Kreide zu beschädigen, mit möglichst hoher Geschwindigkeit.
Film (MPEG ca. 19,1MB)
Kraft-/ Momentgeregelte Montage
Neben der Bearbeitung von Oberflächen bietet sich bei Montageaufgaben ein weiteres Anwendungsfeld der Kraft-/ Momentregelung. Dazu zählen z. B. Fügeoperationen, wie das bekannte Peg-In-Hole-Problem. Eine anspruchsvolle Aufgabe für die Kraft-/ Momentregelung ist das Schrauben. Dabei müssen je nach Situation die Kontaktkräfte und -momente in mehreren Freiheitsgraden geregelt werden. Das Beispiel zeigt das Anfädeln und Festschrauben einer Mutter auf einen Gewindebolzen.
Film (MPEG ca. 17,6MB)