Rapid Control Prototyping komplexer und flexibler Robotersteuerungen auf Basis des SBC-Ansatzes

Beschreibung

Bereits seit Jahrzehnten ist der Einsatz von Robotern in der Industrie etabliert, da die Robotersysteme zu einem leistungsfahigen und exiblen Werkzeug geworden sind. Insbesondere in neuen Anwendungsbereichen wie exiblen Fertigungssystemen kommt der ezienten Entwicklung von Robotersteuerungen eine immer starkere Bedeutung zu. Diese Tendenz erfordert die Realisierung neuer Methoden zur herstellerunabhangigen und applikations ubergreifenden Programmierung von Roboteranwendungen. Entscheidend sind hierbei moderne Programmiersysteme als Entwicklungswerkzeuge. Gegenwartig ist eine Vielzahl von zumeist herstellerspezischen Roboterprogrammiersystemen auf Basis teilweise sehr unterschiedlicher Konzepte im Gebrauch, da sich existierende Standards im Bereich der Steuerungsentwicklung fur Roboter bisher nicht durchsetzen konnten. Daruber hinaus verfugen heutige Roboteranwendungen zunehmend uber umfangreiche externe Aktorik und Sensorik und stellen somit komplexe Automatisierungslosungen dar, die nur im Rahmen eines systematischen Entwicklungsprozesses ezient beherrschbar sind. Rechentechnische Unterstutzung sowie Methoden der Modellbildung und Simulation spielen dabei eine wichtige Rolle. In der Literatur wird in diesem Zusammenhang vom Rapid Control Prototyping (RCP) gesprochen. Gegenwartig sind jedoch RCP-basierte Techniken noch nicht breit in der industriellen Robotik eingefuhrt. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, einen Beitrag zur starkeren Etablierung von RCPTechniken im Bereich der Steuerungsentwicklung von komplexen und exiblen Roboteranwendungen zu leisten. Ausgangspunkt ist die Vorstellung der aktuellen Roboterprogrammiermethoden und deren Einordnung in einer fur diese Arbeit geeignete Klassikation. Es wird gezeigt, dass fur den Bereich der komplexen Roboteranwendungen die Hauptklasse der Oine-Methoden eine dominierende Stellung einnehmen. Ubliche Oine-Entwicklungsmethoden werden hinsichtlich der gegenwartig verwendeten Entwurfs- und Inbetriebnahme- Methodik analysiert. Dabei wird deutlich, dass die Forderungen des RCP in der industriellen Robotik noch nicht erfullt werden. Als Losung wird der Simulation Based Control (SBC) Ansatz vorgestellt und dessen Verwendung auf dem Gebiet der Industrierobotik diskutiert. Es wird gezeigt, dass die vom SBC-Ansatz gestellten Anforderungen an die Entwicklungsplattform durch die RCP-Umgebung Matlab erfullt werden konnen und somit eine durchgangige Entwicklung von komplexen Robotersteuerungen moglich ist. Eine weitere Zielstellung der vorliegenden Arbeit besteht darin, einen Beitrag zur Realisierung von exiblen aufgabenorientierten Robotersteuerungen zu leisten. Dabei wird aufgezeigt, wie in einen auf dem SBC-Ansatz basierenden Entwicklungsprozess eine aufgabenorientierte Roboterprogrammierung erfolgen kann. Als Ergebnis wird ein Konzept zur Realisierung einer exiblen aufgabenorientierten Robotersteuerung vorgestellt und an einem konkreten Anwendungsproblem demonstriert.
Bereits seit Jahrzehnten ist der Einsatz von Robotern in der Industrie etabliert, da die Robotersysteme zu einem leistungsfahigen und exiblen Werkzeug geworden sind. Insbesondere in neuen Anwendungsbereichen wie exiblen Fertigungssystemen kommt der ezienten Entwicklung von Robotersteuerungen eine immer starkere Bedeutung zu. Diese Tendenz erfordert die Realisierung neuer Methoden zur herstellerunabhangigen und applikations ubergreifenden Programmierung von Roboteranwendungen. Entscheidend sind hierbei moderne Programmiersysteme als Entwicklungswerkzeuge. Gegenwartig ist eine Vielzahl von zumeist herstellerspezischen Roboterprogrammiersystemen auf Basis teilweise sehr unterschiedlicher Konzepte im Gebrauch, da sich existierende Standards im Bereich der Steuerungsentwicklung fur Roboter bisher nicht durchsetzen konnten. Daruber hinaus verfugen heutige Roboteranwendungen zunehmend uber umfangreiche externe Aktorik und Sensorik und stellen somit komplexe Automatisierungslosungen dar, die nur im Rahmen eines systematischen Entwicklungsprozesses ezient beherrschbar sind. Rechentechnische Unterstutzung sowie Methoden der Modellbildung und Simulation spielen dabei eine wichtige Rolle. In der Literatur wird in diesem Zusammenhang vom Rapid Control Prototyping (RCP) gesprochen. Gegenwartig sind jedoch RCP-basierte Techniken noch nicht breit in der industriellen Robotik eingefuhrt. Die vorliegende Arbeit hat das Ziel, einen Beitrag zur starkeren Etablierung von RCPTechniken im Bereich der Steuerungsentwicklung von komplexen und exiblen Roboteranwendungen zu leisten. Ausgangspunkt ist die Vorstellung der aktuellen Roboterprogrammiermethoden und deren Einordnung in einer fur diese Arbeit geeignete Klassikation. Es wird gezeigt, dass fur den Bereich der komplexen Roboteranwendungen die Hauptklasse der Oine-Methoden eine dominierende Stellung einnehmen. Ubliche Oine-Entwicklungsmethoden werden hinsichtlich der gegenwartig verwendeten Entwurfs- und Inbetriebnahme- Methodik analysiert. Dabei wird deutlich, dass die Forderungen des RCP in der industriellen Robotik noch nicht erfullt werden. Als Losung wird der Simulation Based Control (SBC) Ansatz vorgestellt und dessen Verwendung auf dem Gebiet der Industrierobotik diskutiert. Es wird gezeigt, dass die vom SBC-Ansatz gestellten Anforderungen an die Entwicklungsplattform durch die RCP-Umgebung Matlab erfullt werden konnen und somit eine durchgangige Entwicklung von komplexen Robotersteuerungen moglich ist. Eine weitere Zielstellung der vorliegenden Arbeit besteht darin, einen Beitrag zur Realisierung von exiblen aufgabenorientierten Robotersteuerungen zu leisten. Dabei wird aufgezeigt, wie in einen auf dem SBC-Ansatz basierenden Entwicklungsprozess eine aufgabenorientierte Roboterprogrammierung erfolgen kann. Als Ergebnis wird ein Konzept zur Realisierung einer exiblen aufgabenorientierten Robotersteuerung vorgestellt und an einem konkreten Anwendungsproblem demonstriert.

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Themen in »Rapid Control Prototyping komplexer und flexibler Robotersteuerungen auf Basis des SBC-Ansatzes«

ASIM FBS 25 TU-Verlag Dissertation Gunnar Maletzki

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