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Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 1
Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die
KUKA-Robotersteuerung Sunrise
Hochschule Augsburg, Labor für CIM & Robotik, Prof. Dipl.-Ing. Georg Stark Email: [email protected]
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Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 2
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1. Hohe Softwarequalität durch modellbasierte
Programmierung
2. Intelligente und mobile Robotersysteme
3. Simulationskomponente SunSim für die Steuerung Sunrise von KUKA Roboter
4. Schnittstelle für Realistische Robotersimulation
5. Anwendung an der Hochschule Augsburg
Übersicht
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Labor CIM & Robotik 1 Simulation
Prog. mit 3D-Bilddatendaten
Eigene Steuerung
MRobot
EU-Projekt
Mobile Roboter
Greiferkamera
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Labor CIM & Robotik 2
Kajak
Olympia- Sieger
A. Grimm
Fräsen
Zahnkronen
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Darstellung des Programmwissens in der Entwurfsebene
Produktidee Formales Modell
abstrakt
Architektur Teilstrukturen
Entwurf - Konkretisierung
Analyse - Formalisierung
formal
•
•
Binärcode
Komponente
•
• konkret
nichtformal
•
• Klasse/Funktion
Paradigmen
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Vergleich der Paradigmen
Paradigma Primäre Darstellung
Wissensdomäne Abstraktions-ebene
Imperativ prozedural Prozess (parallel, sequentiell)
niedrig
Objektorientiert deklarativ Struktur mittel
Komponenten-orientiert
deklarativ
Struktur mittel
Datenfluss-orientiert
deklarativ
Inhalt
hoch
Modellbasiert deklarativ Inhalt hoch
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Modellbasierte Softwareentwicklung
§ Formale, abstrakte Darstellung der Wissensinhalte - keine Realisierungsdetails - weitgehende Plattformunabhängigkeit
§ Unterschiedliche Modellbegriffe - Physikalische Systeme / Prozesse - Datenstrukturen
§ Domänenspezifische Sprache – Text/Grafik - einfach und prägnant - Benutzung ohne umfangreiche Programmierkenntnisse
§ Simulation und Codegenerierung
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MATLAB-Code: Planung Kreisinterpolation
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Beispiel: Geometriemodell - Kinematik
DH0,1(θ1)
{K2}
{K1}
{K0}
θ2
A1
y0
A4
A2
A3
θ1
α1 a1
d1
x0
z0
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Regler
dqkorr
Pumgebung
Pist q
- Roboter Σ qkorr +
SensorPist
- SensorPsoll
J-1
Flanschdpkorr Sensordp
BasisTSensor
Sensordpkorr
Pprog
Kinematikmodell
Beispiel: Signalflussmodell - Regelung
P: kartesische Werte, q: achsbezogene Werte
Abstandssensor
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Implementierung - Domänensprachen
MATLAB - Text Simulink - Grafik
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Modellbasierte Systementwicklung
Globale Systembeschreibung
(SysML)
Signalverarbeitung
(MATLAB/Simulink)
Phys.-Tech. Modell
(Simscape)
SysML: standardisierte Modellierungssprache für Systeme
Steuerung
Sensordaten-
verarbeitung
Arm
Aktor
Sensor
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Intelligente Robotersysteme in der Fertigung
Roboter als mobiler, flexibler Assistent (flexFELLOW)
Getriebemontage
Mobile Plattform
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Intelligente Robotersysteme in der Fertigung
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Struktur der Simulationskomponente SunSim
UDP
SunSim
Sunrise Workbench (KUKA Roboter) RoboticsAPI (ohne Sunrise-Kern) (Java)
Bahninterpolator (MATLAB)
Echtzeitkern (C++)
3D-Grafiksimulation (C++)
Bewegungsanalyse, Bahnoptimierung (MATLAB)
UDP: einfaches, weitverbreitetes Netzwerkprotokoll
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Bewegungssimulation - Verfahrarten
Intelligenter Roboterarm Omnidirektionale Plattform
§ PTP § LIN, mit Überschleifen § CIRC § SPLINE
Der Sunrise-Kern wird emuliert. Dies ergibt eine stabile,
wartungsfreundliche Software mit ausreichender Genauigkeit.
§ PTP (entspricht LIN) § Relativbewegung § Globale Bewegung mit Zielmarke
(entspricht Navigation)
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Bedienoberfläche
Sunrise Workbench (KUKA)
SunSim
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Bedienoberfläche
Sunrise Workbench (KUKA)
SunSim
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Schnittstelle Realistische Robotersimulation
§ Darstellung der hersteller-spezifischen Verfahren in
MATLAB-Skript oder C/C++
§ Integration in SunSim als
binäre Software-
komponente (DLL)
Standardisierte Schnittstelle Realistische Simulation
Bahninterpolator (MATLAB)
Herstellerspezifische Steuerungs- und Programmieralgorithmen (Binäre Komponente/DLL)
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Anwendung an der Hochschule Augsburg Praktikum Robotersimulation
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Zusammenfassung
§ Erweiterbare Simulationssoftware SunSim für die neue KUKA-Steuerung Sunrise
§ Geschützte Integration herstellerspezifischer Algorithmen
§ Modellbasierte Programmierung
- Implementierung mit MATLAB
- Hohe Softwarequalität bei reduzierten Kosten
§ Programmierung und Optimierung von mobilen Robotersystemen für die flexible Fertigung.
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Modellbasierte Prog: Robotik mit Matlab
Lehrbuch Programmierung von Robotersteuerungen
Geeignet für
- Technikerschulen - Oberstufe Gymnasien - Hochschulen - Universitäten
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Vielen Dank für ihre
Aufmerksamkeit!