RoboAssistent: Intuitives Programmieren von · PDF fileDipl.Ing. Günter Schreiber 3 DLR...

26.01.2005

Günter Schreiber

RoboAssistent: Intuitives Programmieren

von Fügevorgängen

Dipl.Ing. Günter Schreiber 2

DLR

Entwurfstechnologien für Plug & Play

Kommunikation

Neue RobotersystemeProduktinnovationen

Anwendungen

Kart. Steuerung KukaBasissteuerung DLR

H ochgeschw indigkeitsbus (z.B . Firew ire, E thernet)

Steuerung R egler A ntriebe

2 .. 10 m s 0.2 .. 2 m s0.1 .. 1 m s

H ochgeschw indigkeitsbus (z.B . Firew ire, E thernet)

Steuerung R egler A ntriebe

2 .. 10 m s 0.2 .. 2 m s0.1 .. 1 m s

Sensoren / Peripherie

Steuerung Industrieroboter

Plug-And-Play Antriebs- und Steuerungskonzepte für die

Produktion von morgen


DLR

Neue Robotergeneration: Nachgiebiger Produktionsassistent

• Symbiose aus Industrierobotersteuerung und Serviceroboter• DLR Leichtbauroboter

– Design als Service Roboter – Technologietransfer in Industrie– Nachgiebig durch Drehmomentensensorik– Kinematische Redundanz

• Industrierobotersteuerung KUKA KRC– Positionsgeregelte Roboter mit bis zu sechs Achsen plus sechs

Zusatzachsen– Programmablaufsteuerung (KRL)– Bedienoberfläche & Bediengerät– In der Industrie eingeführte Programmierumgebung

• Vorteile– Direkte Berührung zwischen Mensch und Maschine

möglich und erwünscht – Neue Programmiermethoden

• Programmieren durch Anfassen– Neue Produktionsmethoden

• Hohe Bandbreite bei Fügevorgängen• Hohe Fehlertoleranz


DLR

Neue Programmiermethoden durch Nachgiebigkeit


DLR

Kombination des DLR Leichtbauroboter mit dem Look&Feel einer Industrieroboter Bedienschnittstelle

Nutzen ?

• Entwicklung neuer Anwendungenmit dem Prototypensystem

• Evaluierung und Verbesserungder Steuerung (Module) und Hardware

• Marktpotential bewerten

• Zielkostenfindung (Target Cost)

RoboAssistent

KUKA - KRCDLR - LBR

Pilotdemonstrator


DLR

Industrierobotersteuerung KUKA KRC

• Positionsgeregelte Roboter mit bis zu sechs Achsen plus sechs Zusatzachsen

• Programmablaufsteuerung (KRL)• Bedienoberfläche & Bediengerät

• In der Industrie eingeführte Programmierumgebung


DLR

LBR I (ca. 1992)

LBR II real (ca. 1999)

LBR III real (2002)

LBR II virtuell (ca. 1998) LBR III virtuell (2000)

DLR-Leichtbau-Roboter


DLR

Leichtbau

Ziele:

Schlüssel-technologie:

Ausgangs-punkt:

Regelungs-ansätze:

ProgrammierbareNachgiebigkeit

(„Soft Robotics“)

präziseRoboterbewegung

sichere Interaktion mit Menschen

Gelenk-Drehmoment-Sensorik

Positionsregelungmit Schwingungs-

dämpfung

Leichtbauroboter mitelastischen Gelenken


DLRBasissteuerung DLR

Jointtask

0.33ms

Slow Cart. Task

(6-10ms)

Fast Cart. Task (1ms)

Cartesian Compliant Behavior

Impedance controlStiffness controlAdmittance control

Force Controller

Inverse kinematics forredundant, nonholonomic

systems

Projection ofstiffness & damping:Cartesian to joints

null-space to joints

Cartesianstiffness & damping

matrices

Variable gains for joint stiffness control& vibration damping

Robot dynamics

Joint space

Operational space

Desired Torquecomputation

Positioncontrol

Torquecontrol

Impedancecontrol

1ms bus

Directkinematics

Jacobian

k=max k=0

Intelligenter Antrieb

Kart. Schnittstelle

(Salisbury ‘80) (Hogan ‘85)(Khatib ‘93)


DLR

Kartesische Steifigkeitsregelung

f

∆x

{ xd ___f xd

Kk

Dk

M



Jointtask

0.33ms

Slow Cart. Task

(6-10ms)




Force Controller


systems




matrices


Robot dynamics

Joint space

Operational space


Positioncontrol

Torquecontrol

Impedancecontrol

1ms bus

Directkinematics

Jacobian

k=max k=0


Kart. Schnittstelle



DLR

Inverse Kinematik für kinematisch redundante Roboter



Jointtask

0.33ms

Slow Cart. Task

(6-10ms)




Force Controller


systems




matrices


Robot dynamics

Joint space

Operational space


Positioncontrol

Torquecontrol

Impedancecontrol

1ms bus

Directkinematics

Jacobian

k=max k=0


Kart. Schnittstelle



DLR

Unterschiede zu bisherigen Industrierobotern

• Nachgiebigkeit – Neu: Gelenke dürfen Abweichung zur kommandierten &

geplanten Position aufgrund von Kontaktsituationen aufweisenDAMIT: Roboter befindet sich nicht an kommandierter Position

– Annahmen aufgrund der bisherig ausschließlich genutzten Positionsregelung nicht mehr gültig

– Rückpositionierung– Schleppfehlerüberwachung (-> Sicherheit)

• Kinematische Redundanz – bisherige Robotergenerationen besitzen eindeutige

Beziehungen zwischen kartesischer und Gelenkwinkel „Welt“


DLRSicherheit

• Ablagen von geplanter Bahn möglich – bisherige Schleppfehlerüberwachung verliert ihre zentrale

Bedeutung

• Beim „Teachen“ direkter Kontakt zwischen Mensch

und Roboter

• Zustimmungsschalter, Bedienteile sollten zusätzlich

am Roboter verfügbar sein (Ergonomie & Sicherheit)

• Not-Aus


DLR

Zusammenspiel DLR LBR KUKA RC

KUKA Steuerung

DLR LBR

Azyklische KommandosImpedanz-, Redundanzparameter

Zyklische KommandosInterpolierte kartesische PositionenInterpolierte Gelenkwinkel

Zustand, Messwerte

Taktung


DLR

Neue Robotersysteme, Produktinnovationen, Anwendungen


DLRAutomatica 2004


DLRAusblick

• Wichtiger Schritt: Service Roboter müssen die Forschungslabors verlassen

• Technologie-Demonstrator für

ausgewählte Systempartner

und Endanwender

• Fernziel: Produktions-Assistent

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