Steuerung von seriellen Manipulatoren

Modulname:	Robotik
Modulnummer:	ET-12 01 12
Modulname:	Robotik Grundlagen
Modulnummer:	MT-A08-G
Modulname:	Robotersteuerungen für WING
Modulnummer:	MA-WW-ING-1409a D-WW-ING-1409a
Lehrbeauftragter:	Prof. Dr. techn. K. Janschek
Übungsleiter:	Dipl.-Ing. M. Gocht
Anmeldung/Downloads:	weiter zu OPAL

Ankündigung SS2025 - Steuerung von seriellen Manipulatoren
Vorlesung	xxx	x. DS
Übung	xxx, gerade Woche	x. DS
Beginn	xx. April 2025

Ziel des Lehrfaches

Vermittlung von grundlegenden Steuerungs- und Regelungskonzepten für Serielle Manipulatoren

Inhalt des Lehrfaches

Vorlesungen

EINFÜHRUNG INDUSTRIEROBOTIK
Robotersysteme - Begriffsbestimmung, Serielle Manipulatoren - Kinematikkonfigurationen, Manipulationsaufgaben, Steuerungsaufgaben

VORWÄRTSKINEMATIK
Elementare räumliche Beschreibungsform, Homogene Transformationen, Beschreibung von seriellen Kinematiken

INVERSE KINEMATIK
Allgemeine Problemformulierung, Allgemeiner Lösungsansatz, Lösung bei kinematischer Entkopplung

TRAJEKTORIEN
Allgemeine Problemformulierung, Elementare Bewegungsabläufe, Glatte Trajektorien für Einzelachsen, Trajektorienerzeugung im Gelenkraum, Trajektorienerzeugung im kartesischen Arbeitsraum, Eigenachsenrotation

DIFFERENTIELLE KINEMATIK
Geometrische Jacobi-Matrix, Analytische Jacobi-Matrix, Eigenschaften der Jacobi-Matrix, Singularitäten, Rekursive Inverse Kinematik, Statische Kräfte, Redundante Manipulatoren

ROBOTERDYNAMIK
Repetitorium Modellierungsgrundlagen, Bewegungsgleichungen im Gelenkraum, Bewegungsgleichungen im kartesischen Raum, Flexible Gelenke

POSITIONSREGELUNG
Allgemeine Aufgabenstellung, Manipulatordynamik mit Gelenkantrieben, Elementare Regelungskonzepte, Dezentrale Einzelgelenkregelung, Zentrale Einzelgelenkregelung - Mehrgrößenregelung, Regelung in Arbeitsraumkoordinaten '

KRAFTREGELUNG
Allgemeine Aufgabenstellung, Steifigkeits-/Nachgiebigkeitsregelung - Stiffness/Compliance Control, Impededanzreglung - Impdedance Control, Direkte Kraftregelung - Force Control, Hybride Kraft-/Positionsregelung

Übungen
Berechnungsbeispiele für typische Entwurfsaufgaben unter Nutzung von Matlab/-Simulink

Prüfungseinsicht
Für Klausureinsicht werden Termine persönlich per Email vereinbart.

Positionsregelung vs. Kraftregelung

• Demobeispiel mit einem youBot 5-DOF Manipulator von Kuka
• Positionsregelung: Positionssollwerte werden bestmöglich realisiert = "steife" Kinematik
• Kraftregelung: Position des Endeffektors ergibt sich aus den vorgegebenen Kontaktkräften = "weiche/nachgiebige" Kinematik

Impedanzregelung

• Demobeispiel für eine nachgiebige Impedanzregelung mit einem youBot 5-DOF Manipulator
• "Impedanz" = mechanische Impedanz Kraft/Weg; hier durch Regelkreis nachgebildet dynamisches Verhalten eines gedämpften Masse-Feder Systems ... "nachgiebig" bei Kontaktkräften
• ermöglicht sichere Mensch-Roboter Interaktion - soft robotics