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Ein Beitrag zur Entwicklung von Assistenzsystemen für serielle und parallele Roboter am Beispiel von Autobetonpumpen und seilbasierten Regalbediengeräten

Lalo, Wildan

Der zunehmende Kostendruck in der Industrie zwingt die Unternehmen, jegliche Art von Prozessen, sei es beispielsweise der Herstellungsprozess eines Produkts oder ein logistischer Lagerverwaltungs-Prozess, effizient zu gestalten. Ein Potential zur Effizienzsteigerung bildet die Prozessautomatisierung. Grenzen der Automatisierung entstehen bei Arbeitsabläufen, die eine gewisse Flexibilität erfordern, wie beispielsweise bei einem Prozess in einer sich ständig ändernden Umgebung mit Personen oder anderen bewegten Hindernissen. Ist ein Prozess vollautomatisiert aufgrund des hohen technischen Aufwands auch wirtschaftlich nicht realisierbar, bieten Assistenzsysteme zumindest die Möglichkeit, Arbeitsabläufe zu optimieren, wobei dem Assistenzsystem, in der Regel also der Maschine, nicht die volle Verantwortung über den Prozessablauf übertragen wird. In diesem Beitrag wird auf Basis eines quadratischen Optimierungsproblems ein echtzeitfähiger Algorithmus entwickelt, mit dem es möglich ist, die inverse Kinematik kinematisch redundanter Manipulatoren und die minimale Seilkraftverteilung seilbasierter Stewart-Gough-Plattformen zu lösen. Diese Lösung bildet die Grundlage für modellbasierte Regelungskonzepte, womit voll- bzw. teilautomatierte Prozesse (Assistenzsysteme) serieller und paralleler Roboter realisiert werden können. Der in diesem Beitrag entwickelte Algorithmus wird auf zwei Beispiele aus dem Bereich der Robotik angewendet: die Autobetonpumpe als ein Beispiel serieller, kinematisch redundanter Manipulatoren und das seilbasierte Regalbediengerät als ein Beispiel für parallele Seilroboter auf Basis der Stewart-Gough-Plattform.

The increasing cost pressure in the industry forces the companies to design any kind of process in an efficient manner, for instance the manufacturing process of a product or a logistical warehouse management process. An increase in efficiency can be established by a process automation.However, limitations of automation arise in operations which require a certain flexibility such as a process in a permanently changing environment with persons and other moving obstacles. Once a fully automated process cannot be realised due to its technical complexity and lack of profitability, at least assistance systems can offer the potential to optimize the work flow, whereby the assistance system, so usually the machine, does not bear the full responsibility. In this contribution a real-time capable algorithm is developed based on the quadratic optimization problem which enables the calculation of the inverse kinematics of kinematically redundant manipulators, and of optimal tendon force distributions of tendon-based Stewart-Gough platforms. This solution constitutes the basis for model-based control concepts in order to realise fully and semi-automatic processes (assistance systems) of serial and parallel robots. The algorithm developed in this contribution is applied on two examples from the field of robotics: the mobile concrete pump as an example of a serial, kinematically redundant manipulator, and the tendon-based rack feeder system as an example of a parallel tendon robot based on the Stewart-Gough platform.

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Lalo, Wildan: Ein Beitrag zur Entwicklung von Assistenzsystemen für serielle und parallele Roboter am Beispiel von Autobetonpumpen und seilbasierten Regalbediengeräten. 2014.

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