Bewegungssteuerung für hyper-redundante Systeme
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Beschreibung
Am Lehrstuhl für Produktentwicklung der Ruhr-Universität Bochum wurde im Rahmen des BMBF-Projektes „I-LOV“ der hyper-redundante mobile Roboter Moebhiu²s entwickelt, der als Erkundungsroboter zur Unterstützung von Rettungskräften bei Großschadensereignissen dienen soll. Hyper-redundant bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Roboter 4 sehr ähnlich aufgebaute Segmente aufweist, die über insgesamt 15 Gelenke miteinander verbunden sind. Mit den Kettenantrieben und Schwenkarmen der vier Segmente verfügt das System insgesamt über 29 Freiheitsgrade. Diese hyper-redundante Struktur ist zwar sehr komplex, ermöglicht aber prinzipiell eine sehr gute Geländegängigkeit.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher die Entwicklung eines neuen Steuerungsalgorithmus, um hyper-redundante Systeme ohne Sichtkontakt möglichst intuitiv durch extrem unstrukturierte Umgebungen steuern zu können. Ein Mensch ist nicht in der Lage, ein derart komplexes System wie Moebhiu²s ohne weitere Unterstützung effektiv zu beherrschen. Deshalb wurde in der vorliegenden Arbeit der teilautonome Steuerungsalgo¬rithmus der virtuellen Adaption entwickelt, der drei hierarchische Steuerungsebenen umfasst. Die oberste Steuerungsebene abstrahiert die Kinematik des Robotersystems in der allgemein anwendbaren dynamischen Pfadsequenz. Diese Pfadsequenz lässt sich während der Fahrt des Roboters durch einen Bediener manipulieren, so dass er mit Hilfe einer eingebauten Kamera durch die Änderung von nur 3 Freiheitsgraden die Bewegung des Roboters indirekt steuern kann. Die zweite Steuerungsebene, die dynamische Adaption, berechnet die Winkel der einzelnen Gelenke des Roboters, um die Pose des Systems an die vorgegebene dynamische Pfadsequenz anzupassen. In der dritten Ebene werden schließlich die Geschwindigkeiten der Vortriebsketten bestimmt, mit denen sich der Roboter optimal entlang der dynamischen Pfadsequenz bewegen lässt und wesentlich anspruchsvollere Hindernisse bewältigt, als es bisher möglich war.
Abschließend konnte der neue teilautonome Steuerungsalgorithmus eindeutig seine Vorteile gegenüber der rein manuellen Fernsteuerung bei der Bewältigung eines Parcours durch ein Referenztrümmerfeld zeigen. Außerdem legten die Untersuchungen Potentiale für weitere Verbesserungen offen, die Ansätze für zukünftige Forschungsarbeiten bieten.
Autor*in
Thomas Predki
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