Pakko-ohjaus

Robottikäsi tarttuu herkkään esineeseen murskaamatta sitä.

Voima ohjaus viittaa valvonnan voimaa, jossa kone tai manipulaattori robotin vaikuttaa esineen tai sen ympäristöön. Kosketusvoimaa säätämällä voidaan estää koneen ja käsiteltävien esineiden vahingoittuminen ja loukkaantumiset ihmisten käsittelyssä. Tuotantotehtävissä se voi kompensoida virheet ja vähentää kulumista tasaisen kosketusvoiman avulla. Voimanhallinnalla saavutetaan yhdenmukaisemmat tulokset kuin asennonohjauksella , jota käytetään myös koneiden ohjauksessa . Voimanohjausta voidaan käyttää vaihtoehtona tavalliselle liikehallinnalle , mutta sitä käytetään yleensä lisäksi hybridiohjauskonseptien muodossa. Sääntelyä varten vaikuttava voima mitataan yleensä voiman antureilla tai arvioidaan moottorin virralla.

Voimanhallinta on ollut tutkimuksen kohteena melkein kolme vuosikymmentä, ja se avaa yhä enemmän uusia käyttöalueita antureiden ja toimilaitteiden kehityksen sekä uusien ohjauskonseptien ansiosta. Voimanhallinta soveltuu erityisen hyvin kosketustehtäviin, jotka palvelevat työkappaleiden mekaanista käsittelyä, mutta joita käytetään myös telelääketieteessä , palvelurobotiikassa ja pintojen skannauksessa.

Voima-antureita käytetään voiman mittaamiseen, ja ne voivat mitata voimia ja vääntömomentteja kaikissa kolmessa tilassa. Vaihtoehtoisesti voimat voivat olla myös antureita z. B. voidaan arvioida moottorin virtojen perusteella. Ohjauskäsitteinä ovat epäsuora voiman hallinta mallintamalla robotti mekaanisena vastuksena (impedanssi) ja suora voiman hallinta rinnakkain tai hybridikäsitteinä. Adaptiiviset lähestymistavat , sumeat ohjaimet ja koneoppiminen voimanhallintaa varten ovat tällä hetkellä tutkimuksen kohteena.

Kenraali

Virhe liikkeenohjauksessa (punainen) toisin kuin voimanhallinnassa (vihreä).

Manipulaattorin ja sen ympäristön välisen kosketusvoiman hallinta on yhä tärkeämpi tehtävä mekaanisen tuotannon sekä teollisen ja palvelurobotiikan alalla . Yksi motivaatio voimanhallinnan käyttämiseen on ihmisten ja koneiden turvallisuus. Eri syistä esteet voivat estää robotin tai koneen osien liikkeet ohjelman ollessa käynnissä. Palvelurobotiikassa nämä voivat olla liikkuvia esineitä tai ihmisiä; teollisessa robotiikassa ongelmia voi syntyä yhteistyössä toimivien robottien, työympäristön muutosten tai epätarkan ympäristömallin kanssa. Jos liikerata on kohdistettu väärin klassinen liikkeen ohjaus ja ohjelmoidun robotin asennon (t) ei voida lähestyä , liikkeen ohjaus lisää säätösuureen - yleensä moottorin virran - korjaamiseksi aseman virhe. Manipuloidun muuttujan suurentamisella voi olla seuraavat vaikutukset:

Este poistetaan tai vahingoittuu / tuhoutuu.
Kone vaurioituu tai tuhoutuu.
Manipuloidut muuttujien rajoitukset ylitetään ja robottiohjain sammuu.

Voimanhallinta voi estää tämän säätämällä koneen maksimaalista voimaa näissä tapauksissa ja välttämällä siten vaurioita tai tekemällä törmäyksiä havaittaviksi jo varhaisessa vaiheessa.

Mekaanisissa tuotantotehtävissä työkappaleen epätasaisuus johtaa usein ongelmiin liikkeen ohjauksessa. Kuten viereisestä kuvasta näkyy, pinnan epätasaisuus johtaa siihen, että työkalu tunkeutuu liian syvälle pintaan ( ) tai menettää kosketuksen työkappaleeseen ( ) asennon ohjauksen aikana (punainen ). Seurauksena on esimerkiksi hiominen ja kiillotus, työkappaleeseen ja työkaluun vaikuttava voima muuttuu. Voimanhallinnalla (vihreä) on tässä merkitystä, koska se varmistaa materiaalin tasaisen poiston jatkuvan kosketuksen työkappaleen kanssa. ${\ displaystyle P '_ {1}}$ ${\ displaystyle P '_ {2}}$

sovellus

Voimanhallinnan tapauksessa voidaan erottaa voimakkaasti erotetut sovellukset ja mahdolliset kontaktit . Vuodesta tuntuva kontakti tapahtuu, kun kosketus kone on keskeinen osa työtehtävää ympäristön kanssa tai työkappaleen ja nimenomaisesti säädelty. Näihin kuuluvat ennen kaikkea mekaaniset muodonmuutokset ja pintakäsittelyt. Tehtävissä, joissa on potentiaalinen kosketus, keskeinen prosessimuuttuja on koneen tai sen osien sijainti. Suuremmat kosketusvoimat koneen ja ympäristön välillä johtuvat dynaamisesta ympäristöstä tai epätarkasta ympäristömallista. Tässä tapauksessa koneen tulee väistää ympäristöä ja välttää suuria kosketusvoimia.

Teollisuuden robotti taivuttaa levyä taivutuskoneessa

Tärkeimmät voimanhallinnan sovellukset ovat nykyään mekaaninen valmistustyö. Tämä tarkoittaa erityisesti valmistustehtäviä, kuten hiontaa , kiillotusta ja purseenpoistoa , sekä voimanohjattuja prosesseja, kuten pulttien ohjattu liitos, taivutus ja puristus valmiisiin reikiin. Toinen yleinen voimanhallinnan käyttö on tuntemattomien pintojen skannaus. Vakio kosketuspaine asetetaan pinnan normaaliin suuntaan voimanohjauksen avulla ja skannauspäätä liikutetaan pinnan suuntaan asennon ohjauksen avulla. Pinta voidaan sitten on kuvattu in suorakulmaisessa koordinaatistossa käyttäen suoraa kinematiikka .

Muita potentiaalisen kosketuksen sisältäviä voimanhallinnan sovelluksia löytyy lääketieteellisestä tekniikasta ja yhteistyössä toimivista robotteista. Telelääketieteessä käytettävät robotit , ts. Robotti-avustetut lääketieteelliset toimenpiteet, voivat estää loukkaantumisen tehokkaammin voimanhallinnan avulla. Lisäksi tässä on suurta kiinnostusta mitattujen kosketusvoimien suoralla palautteella käyttäjälle voiman takaisinkytkentälaitteen avulla. Tämän alueen mahdolliset käyttötavat Internet-pohjaisiin teleoperaatioihin saakka.

Periaatteessa voimanhallinnasta on hyötyä myös missä koneet ja robotit tekevät yhteistyötä keskenään tai ihmisten kanssa, samoin kuin ympäristöissä, joissa ympäristöä ei ole kuvattu tarkasti tai se on dynaaminen eikä sitä voida kuvata tarkasti. Siellä voimanhallinta auttaa vastaamaan ympäristömallin esteisiin ja poikkeamiin sekä välttämään vahingot.

tarina

Ensimmäinen merkittävä työ voimansäätö julkaistiin vuonna 1980 John Kenneth Salisbury osoitteessa Stanfordin yliopistossa . Siinä kuvataan menetelmä aktiivista jäykkyyden säätämistä varten, yksinkertainen impedanssisäädön muoto. Menetelmä ei kuitenkaan vielä salli yhdistelmää liikkeenohjauksen kanssa, vaan voimanhallinta tapahtuu täällä kaikissa tilasuunnissa. Siksi pinnan sijainti on tiedettävä. Robottisäätöjen huonon suorituskyvyn vuoksi tuolloin voimanhallintaa voitiin suorittaa vain keskusyksiköillä. Tällä saavutettiin ohjainsykli ~ 100 ms.

Vuonna 1981 Raibert ja Craig esittivät hybridi-voiman / asennon hallintaa koskevan työn, joka on edelleen merkittävä nykyään. Ne kuvaavat menetelmän, jossa matriisin (erotusmatriisin) avulla määritetään nimenomaisesti kaikille avaruussuunnille, käytetäänkö liikettä vai voiman hallintaa. Raibert ja Craig vain luonnostelevat ohjainkonsepteja ja olettavat, että ne ovat toteutettavissa.

Vuonna 1989 Koivo esitteli laajemman edustuksen Raibertin ja Craigin käsitteistä. Tarkka tieto pinnan sijainnista on edelleen välttämätöntä myös tässä, mikä on tyypillisiä voimanhallinnan tehtäviä nykyään B. pintojen skannaus, ei vieläkään ole sallittua.

Joukkojen hallintaa on tutkittu intensiivisesti viimeisten kahden vuosikymmenen aikana, ja se on edistynyt suuresti antureiden ja ohjausalgoritmien jatkokehityksen ansiosta. Suuret automaatioteknologian valmistajat ovat jo vuosien ajan tarjonneet ohjelmistoja ja laitteistopaketteja hallintaansa voiman hallinnan mahdollistamiseksi. Nykyaikaiset koneohjaimet pystyvät reaaliaikaisesti ohjaamaan voimaa yhdessä avaruussuunnassa alle 10 ms: n sykliaikalla.

Voiman mittaus

Voimanohjaussilmukan sulkemiseksi sääntelyn suhteen kosketusvoiman hetkellinen arvo on tiedettävä. Kosketusvoima voidaan joko mitata suoraan tai arvioida.

Suora voimanmittaus

Kalvon venymämittarit

Triviaali lähestymistapa voimanohjaukseen on kosketusvoimien suora mittaus, joka tapahtuu voiman / momentin antureilla koneen päätefektorissa tai teollisuusrobotin ranteessa. Voima / vääntömomentit mittaavat esiintyvät voimat mittaamalla anturin muodonmuutoksen. Yleisin tapa muodonmuutosten mittaamiseen on venymäliuskojen mittaus .

Laajennettujen vaihtelevista sähkövastuksista valmistettujen venymämittareiden lisäksi on olemassa myös muita malleja, joissa käytetään pietsosähköisiä , optisia tai kapasitiivisia periaatteita mittaukseen. Käytännössä niitä käytetään kuitenkin vain erityissovelluksiin. Esimerkiksi kapasitiivisia venymämittareita voidaan käyttää myös korkeassa lämpötila-alueella yli 1000 ° C.

Venymämittarit on suunniteltu siten, että niillä on mahdollisimman lineaarinen suhde työtilan laajenemisen ja sähköisen vastuksen välillä. On myös useita tapoja vähentää mittausvirheitä ja häiriöitä. Lämpötilavaikutusten poissulkemiseksi ja mittauksen luotettavuuden lisäämiseksi voidaan järjestää kaksi venymäliuskaa täydentävästi.

Nykyaikaiset voima / vääntömomentit mittaavat sekä voimia että vääntömomentteja kaikissa kolmessa spatiaalisessa suunnassa, ja niitä on saatavana lähes kaikilla arvoalueilla. Tarkkuus on yleensä suurimman mitatun arvon promillialueella. Näytteenotto hinnat anturit ovat alueella noin 1 kHz. 6-akselisten voima / vääntömomenttien jatke on 12- ja 18-akselinen anturi, jotka kuuden voima- tai momenttikomponentin lisäksi pystyvät mittaamaan myös kuutta nopeus- ja kiihtyvyyskomponenttia.

Kuusi-akseli voima / vääntömomentti

Voima / vääntömomentti, jossa mittaus kolmella voimalla ja kolmella momenttikomponentilla.

Ns. Kuuden akselin voima / vääntömomentti-antureita käytetään usein nykyaikaisissa sovelluksissa. Ne on asennettu robotin käden ja päätefektorin väliin ja ne voivat tallentaa sekä voimat että vääntömomentit kaikkiin kolmeen spatiaaliseen suuntaan. Tätä tarkoitusta varten ne on varustettu kuudella tai useammalla venymäliuskalla (tai venymäliuskalla), jotka havaitsevat muodonmuutokset mikrometrialueella. Nämä muodonmuutokset muunnetaan kolmeksi voiman ja vääntömomentin komponentiksi käyttämällä kalibrointimatriisia.

Voima / vääntömomentti-anturit sisältävät digitaalisen signaaliprosessorin, joka jatkuvasti tallentaa ja suodattaa anturitiedot (venymä) rinnakkain, laskee mittaustiedot (voimat / momentit) ja asettaa ne saataville anturin tiedonsiirtoliitännän kautta.

On huomattava, että mitatut arvot vastaavat anturiin kohdistuvia voimia ja ne on yleensä muunnettava päätefektorin tai työkalun voimiksi ja vääntömomenteiksi sopivalla muunnoksella.

Koska voima / vääntömomentit ovat edelleen suhteellisen kalliita (välillä 4000-15 000 euroa) ja erittäin herkkiä ylikuormitukselle ja toimintahäiriöille, niitä - ja siten myös voimanhallintaa - on toistaiseksi käytetty vastahakoisesti teollisuudessa. Yksi ratkaisu on epäsuora voimanmittaus tai estimointi, joka mahdollistaa voiman hallinnan ilman kalliita ja vikaantumisalttiita voima-antureita.

Voima-arvio

Kustannuksia säästävä vaihtoehto suoralle voimamittaukselle on voiman arviointi (tunnetaan myös nimellä "epäsuora voiman mittaus"), mikä antaa mahdollisuuden luopua voima / vääntömomentin antureiden käytöstä. Kustannussäästöjen lisäksi tekeminen ilman niitä tuo mukanaan muita etuja: Voima-anturit ovat yleensä koneen tai robottijärjestelmän mekaanisen ketjun heikoin lenkki, joten tekeminen ilman niitä tuo enemmän vakautta ja vähemmän alttiita mekaanisille vikaantumisille. Lisäksi voima / vääntömomentti-antureiden poistaminen tuo mukanaan korkeamman turvallisuustason, koska mitään anturikaapeleita ei tarvitse johtaa ulos ja suojata suoraan manipulaattorin ranteessa.

Yleinen menetelmä epäsuoraan voimanmittaukseen tai voiman estimointiin on ohjausliikkeeseen sovellettavien moottorivirtausten mittaus. Nämä ovat tietyin rajoituksin verrannollisia veto-robotin akselille kohdistettuun vääntömomenttiin. Painovoiman, inertian ja kitkan vaikutuksille mukautetut moottorivirrat ovat pääosin lineaarisia yksittäisten akselien vääntömomentteihin nähden. Kosketusvoima päätefektorissa voidaan määrittää sen tuntemilla momenteilla.

Erota dynaamiset ja staattiset voimat

Voimaa mitattaessa ja arvioitaessa voi olla tarpeen suodattaa anturisignaalit. Lukuisia sivuvaikutuksia ja sivuvoimia voi esiintyä, jotka eivät vastaa kosketusvoiman mittausta. Tämä pätee erityisesti, jos manipulaattoriin on asennettu suurempi kuormitusmassa. Tämä häiritsee voimamittausta, kun manipulaattori liikkuu suurilla kiihdytyksillä.

Sekä sivuvaikutusten mittauksen säätämiseksi on oltava käytettävissä sekä tarkka koneen dynaaminen malli että malli tai arvio kuormituksesta. Tämä arvio voidaan määrittää referenssiliikkeillä (vapaa liike ilman kosketusta esineeseen). Kuorman arvioinnin jälkeen voimien mittausta tai arviointia voidaan säätää Coriolikselle , keskipako- ja keskipakovoimille , gravitaatio- ja kitkavaikutuksille sekä inertialle . Mukautuvia lähestymistapoja voidaan käyttää myös tässä kuorman estimaatin mukauttamiseksi jatkuvasti.

Ohjauskäsitteet

Erilaisia ohjauskonsepteja käytetään voiman hallintaan. Järjestelmän halutun käyttäytymisen mukaan erotetaan suoran voimanohjauksen ja epäsuoran ohjauksen käsitteet määrittelemällä vaatimustenmukaisuus tai mekaaninen impedanssi. Voiman hallinta yhdistetään pääsääntöisesti liikkeen hallintaan. Voimanhallintakonsepteissa on otettava huomioon voiman ja sijainnin kytkemisen ongelma: Jos manipulaattori on kosketuksessa ympäristön kanssa, asennon muutos tarkoittaa myös kosketusvoiman muutosta.

Impedanssin säätö

Impedanssivalvonta tai vaatimustenmukaisuuden valvonta säätelevät järjestelmän vaatimustenmukaisuutta , toisin sanoen voiman ja sijainnin välistä yhteyttä kohteen kosketuksessa. Vaatimustenmukaisuus määritellään erikoiskirjallisuudessa "mittauksena robotin kyvystä torjua kosketusvoimia". Tähän on passiivisia ja aktiivisia lähestymistapoja. Robottijärjestelmän joustavuus mallinnetaan mekaanisena impedanssina, joka kuvaa käytetyn voiman ja tuloksena olevan nopeuden suhdetta. Koneen tai robotin manipulaattorin katsotaan olevan mekaaninen vastus, jossa sijaintirajoitukset johtuvat ympäristöstä. Mekaanisen impedanssin syy-yhteys kuvaa siis sitä, että robotin liike johtaa voimaan. Toisaalta mekaanisella sisäänpääsyllä robottiin kohdistuva voima johtaa tuloksena olevaan liikkeeseen.

Passiivinen impedanssin hallinta

Etäyhteensopivuuskeskus perääntyy kierto- ja käännöspoikkeamiin lisäysprosessin aikana.

Passiivista vaatimustenmukaisuuden valvontaa varten ei vaadita voimanmittausta , koska nimenomaista voimanhallintaa ei ole. Sen sijaan manipulaattori ja / tai päätefektorit on suunniteltu joustaviksi tavalla, joka minimoi suoritettavan tehtävän aikana esiintyvät kosketusvoimat. Tyypillisiä sovelluksia ovat lisäys- ja tarttumisprosessit. Päätefektori on suunniteltu siten, että se sallii siirtymä- ja kiertopoikkeamat ortogonaalisesti tartunta- tai sisäänsyöttösuuntaan, mutta sillä on suuri jäykkyys tartunta- tai työntösuunnassa. Vastakkaisessa kuvassa näkyy ns . Etäyhteensopivuuskeskus (RCC), joka mahdollistaa tämän. RCC: n vaihtoehtona koko kone voidaan suunnitella myös rakenteeltaan joustavaksi.

Passiivinen impedanssisäätö on erittäin hyvä ratkaisu järjestelmän dynamiikan suhteen , koska ohjauksesta ei ole kuolleita aikoja . Passiivista vaatimustenmukaisuuden valvontaa kuitenkin usein rajoittaa tehtävässä päätehosteen mekaaninen määrittely, eikä sitä voida käyttää ilman lisätoimenpiteitä erilaisiin ja muuttuviin tehtäviin tai ympäristöolosuhteisiin.

Aktiivinen impedanssisäätö

Aktiivinen vaatimustenmukaisuuden valvonta kuvaa manipulaattorin hallintaa pääefektorin poikkeaman vuoksi. Tämä on erityisen sopiva ohjaamiseksi robottien operaattorin, esimerkiksi osana opettaa-in prosessissa.

Aktiivinen vaatimustenmukaisuuden valvonta perustuu ajatukseen kartoittaa kone- ja ympäristöjärjestelmä jousipellin massajärjestelmänä. Tapahtuva voima ja liike (sijainti , nopeus ja kiihtyvyys ) liittyvät suoraan jousen-vaimentimen massayhtälöön: ${\ displaystyle F}$ ${\ displaystyle x (t) \! \,}$ ${\ displaystyle {\ piste {x}} (t)}$ ${\ displaystyle {\ ddot {x}} (t)}$

{\ displaystyle F (t) = c \ cdot x (t) + d \ cdot {\ dot {x}} (t) + m \ cdot {\ ddot {x}} (t)}

Järjestelmän joustavuus tai mekaaninen impedanssi määräytyy jäykkyyden , vaimennuksen ja inertian mukaan, ja nämä kolme muuttujaa voivat vaikuttaa siihen. Koneohjauksella saavutettava mekaaninen kohteen impedanssi määritetään ohjausta varten näiden kolmen muuttujan kautta . ${\ displaystyle c}$ ${\ displaystyle d}$ ${\ displaystyle m}$

Lohkokaavio aktiivisesta impedanssisäätimestä erittelyllä voimasta ( ) ja asennosta ( ).

{\ displaystyle F_ {pitäisi}}

{\ displaystyle X_ {pitäisi}}

Kuvassa on lohkokaavio voimaan perustuvasta impedanssisäätimestä. Lohkokaavion impedanssi edustaa mainittuja komponentteja , ja .Kohtainen impedanssisäätö voidaan suunnitella analogisesti sisäisen asennon tai liikkeen ohjauksen kanssa. ${\ displaystyle c}$ ${\ displaystyle d}$ ${\ displaystyle m}$

Vaihtoehtoisesti ja analogisesti joustavuutta ( pääsyä ) voidaan säätää myös vastuksen sijasta . Toisin kuin impedanssisäätö, sisäänpääsy näkyy kontrollilakissa impedanssin vastavuoroisena.

Suora voiman hallinta

Edellä mainittuihin käsitteisiin liittyy niin kutsuttu epäsuora voimanhallinta, koska kosketusvoimaa ei ole erikseen määritelty vertailumuuttujaksi, vaan se määritetään epäsuorasti säätimen parametrien vaimennuksella , jäykkyydellä ja (virtuaalisella) massalla . Suora voiman hallinta on esitetty alla .

Suora voimanohjaus käyttää haluttua voimaa ohjearvona suljetussa ohjauspiirissä . Se toteutetaan rinnakkaisena voiman / asennon säätönä kaskadiohjauksena tai hybridinä voiman / asennon säätönä, jossa vaihdetaan sijainnin ja voiman ohjauksen välillä.

Rinnakkainen voiman / asennon hallinta

Yksi voimanhallinnan mahdollisuus on rinnakkainen voiman / asennon hallinta. Ohjaus on suunniteltu kaskadiohjaukseksi ja siinä on ulompi voimanohjaussilmukka ja sisempi asennonohjaussilmukka. Kuten seuraavassa kuvassa on esitetty, vastaava syöttökorjaus lasketaan kohteen ja todellisen voiman välisestä erotuksesta. Tämä syöttökorjaus on siirretty nimellisasentoarvoihin verrattuna siten, että voimanohjauksen ( ) yhdistämisellä ja sijainnin määrittelyllä on korkeampi prioriteetti, ts. Sijaintivirhe sallitaan oikean voimanhallinnan hyväksi. Laskettu arvo on sisäisen asennonohjaussilmukan tulomuuttuja. ${\ displaystyle X_ {pitäisi}}$ ${\ displaystyle X_ {korr}}$ ${\ displaystyle X_ {korr}}$

Rinnakkaisvoiman / asennon ohjauksen lohkokaavio erittelyllä voimasta ( ) ja asennosta ( ).

{\ displaystyle F_ {pitäisi}}

{\ displaystyle X_ {pitäisi}}

Analogisesti sisäisen paikannuksen kanssa voi tapahtua myös sisäinen nopeuden säätö, jolla on suurempi dynamiikka. On huomattava, että tässä tapauksessa sisemmän ohjaussilmukan tulisi olla kyllästetty, jotta vapaassa liikkeessä ei synny (teoreettisesti) mielivaltaisesti kasvavaa nopeutta, ennen kuin kontakti muodostuu.

Hybridi voiman / asennon hallinta

Hybridi voima / asennon ohjaus, joka toimii kahden erillisen ohjausjärjestelmän kanssa ja jota voidaan käyttää myös kovien, joustamattomien kosketuspintojen kanssa, tarjoaa parannuksen edellä selitettyihin käsitteisiin. Hybridi-voiman / paikannuksen avulla tila on jaettu rajoitettuun ( englanniksi : rajoitettu ) ja rajoittamattomaan (englanniksi: rajoittamaton ) tilaan. Rajoitettu tila sisältää rajoituksia esteiden muodossa eikä salli vapaata liikkumista; rajoittamaton tila sallii vapaan liikkumisen. Jokainen avaruuden ulottuvuus on joko rajoitettu tai rajoittamaton.

Lohkokaavio hybridivoiman / asennon ohjauksesta erotusmatriisilla Σ .

Hybridi-voimanhallinnassa voimanhallintaa käytetään rajoitettuun tilaan, asennon hallintaa rajoittamattomaan tilaan. Kuvassa on tällainen kaavio. Matriisi Σ osoittaa, mitkä spatiaaliset suunnat ovat rajoitettuja, ja se on diagonaalimatriisi, joka koostuu nollista ja yhdestä.

Mikä spatiaalinen suunta on rajoitettu ja mikä on rajoittamaton, voidaan esimerkiksi määrittää staattisesti. Sitten voiman ja sijainnin hallinta määritetään erikseen kullekin spatiaaliselle suunnalle; matriisi Σ on sitten staattinen. Toinen mahdollisuus on vaihtaa matriisi Σ dynaamisesti voimamittauksella . Kun kontakti syntyy tai törmäys tapahtuu, on mahdollista siirtyä paikanohjauksesta voimankäyttöön yksittäisten paikkasuuntien suhteen. Yhteystehtävissä kaikki avaruussuunnat olisivat liikkeenohjattuja vapaan liikkumisen tapauksessa; kosketuksen muodostumisen jälkeen kytkimellä kytkettäisiin pakottamaan ohjaus kosketussuuntaan valitsemalla sopiva matriisi Σ .

tutkimusta

Viime vuosina tutkimus on keskittynyt yhä enemmän mukautuviin käsitteisiin, sumeiden ohjaimien käyttöön ja koneoppimiseen sekä voimaan perustuvaan koko kehon hallintaan.

Mukautuva voiman hallinta

Aikaisemmin mainitut ei-adaptiiviset käsitteet perustuvat tarkkaan tietoon dynaamisista prosessiparametreista. Nämä määritetään ja säädetään yleensä kokeilla ja kalibroinnilla. Ongelmia voi syntyä mittausvirheistä ja vaihtelevista kuormista. Adaptiivinen tehonohjaus sijaintipaikasta riippuvan ja siten aikaa vaihtelee järjestelmän osat voidaan tulkita parametri vaihtelut, ja aikana kontrolli sopeutumisen säädettiin vakio.

On huomattava, että muuttuvan sääntelyn takia järjestelmän dynaamista vakautta ei voida taata. Adaptiivista ohjausta käytetään siksi yleensä vain offline-tilassa, ja tulokset testataan perusteellisesti simulaatiossa ennen käyttöä todellisessa järjestelmässä.

Sumea ohjaus ja koneoppiminen

Selkeä järjestelmämalli on edellytys klassisten suunnittelumenetelmien käytölle. Jos tätä ei voida kartoittaa tai on vaikea kartoittaa, voidaan harkita sumeita ohjaimia tai koneoppimista. Jonka sumean logiikan ihmisen hankitusta tietoa voidaan kääntää ohjaustoiminnan muodossa sumea sääntö vaatimukset. Ohjaimen parametrien selkeä määrittely ei ole enää tarpeen.

Lisäksi koneoppimisen avulla toteutettavat lähestymistavat eivät enää vaadi ihmisiä luomaan ohjauskäyttäytymistä, vaan käyttävät koneoppimista hallinnan perustana.

Koko kehon säätö

Nykyaikaisten robottijärjestelmien, kuten humanoidirobottien , monimutkaisuuden vuoksi suurta määrää aktivoituja vapausasteita on säänneltävä. Lisäksi tällaisia järjestelmiä käytetään yhä enemmän välittömässä ihmisen ympäristössä. Vastaavasti voiman ja impedanssin hallinnan käsitteitä käytetään tällä alueella kohdennetusti turvallisuuden lisäämiseksi, koska tämä mahdollistaa robotin joustavan vuorovaikutuksen ympäristön ja ihmisen kanssa.

kirjallisuus

Bruno Siciliano , Luigi Villani: Robot Force Control . Springer, 2000, ISBN 0-7923-7733-8 .
Wolfgang Weber: Teollisuusrobotit. Valvonta- ja säätötavat . Fachbuchverlag Leipzig, 2002, ISBN 3-446-21604-9 .
Lorenzo Sciavicco , Bruno Siciliano: Robottimanipulaattorien mallintaminen ja hallinta . Springer, 1999, ISBN 1-85233-221-2 .
Klaus Richter: Joustavien robottien voiman hallinta . VDI-Verlag, 1991, ISBN 3-18-145908-9 .

Yksittäiset todisteet

Ym ^a^b Vadym Rusin: Robottijärjestelmien mukautuva hallinta kosketustehtävissä. ( Memento 9. tammikuuta 2016 Internet-arkistossa ) (PDF; 4,5 Mt). Otto von Guericke University Magdeburg, 2007.
↑ John Kenneth Salisbury: Manipulaattorin aktiivinen jäykkyyden hallinta suorakaidekoordinaateissa. IEEE: n 19. konferenssi päätöksenteosta ja hallinnasta, joulukuu 1980.
B ^a^b^c^d Marcus Dapper: Pakota sensoriton manipulaattori Voimaohjaus tuntemattomien, kovien pintojen skannaamiseen. Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, marraskuu 2003.
^ MH Raibert, John Craig: Manipulaattoreiden hybridiasento / voiman hallinta. ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, kesäkuu 1981.
↑ AJ Koivo: Robottimanipulaattorin hallinnan perusteet. Wiley & Sons, New York, USA 1989.
↑ Malik Cabaravdic: Vaikutus hakkeen määrän optimointiin vapaamuotoisten työkappaleiden teollisessa robottihihnassa . 110, Dortmundin teknillinen yliopisto, helmikuu 2008.
↑ Eko Bono Suprijadi: Nelijalkaisen kävelykoneen kinemaattinen reaaliaikainen ohjaus ja tehonsäätö yksinkertaistetun kinematiikan pohjalta. Duisburg-Essenin yliopisto, toukokuu 2005.
^ John Simpson, Zheng Li, Chris Cook: Sensorless Force Estimation for robots with Kitka. (PDF; 731 kB) Marraskuu 2002.
↑ D. Colombo, D. Dallefrate, L. Molinari Tosatti: PC Based valvontajärjestelmät valvonnan alaisena ja intuitiivinen ohjelmointi Teollisuusrobotit. (PDF; 816 kB) Julkaisussa: Proceedings of the Joint Conference on Robotics. Toukokuu 2006.
↑ Alexander Winkler: Vaikutuspohjaiseen ihmisen ja robotin vuorovaikutukseen. ( Sivu ei ole enää saatavana , etsi verkkoarkistoista ) Info: Linkki merkittiin automaattisesti vialliseksi. Tarkista linkki ohjeiden mukaisesti ja poista tämä ilmoitus. (PDF; 6,3 Mt) Chemnitzin teknillinen yliopisto, 2006.@ 1@ 2
↑ Lorenzo Sciavicco, Bruno Siciliano: Robottimanipulaattorien mallintaminen ja hallinta. 2. painos, Springer Verlag, 1999, ISBN 1-85233-221-2 .
↑ Alexander Dietrich : Pyörillä varustettujen humanoidirobottien koko kehon impedanssin hallinta , ISBN 978-3-319-40556-8 , Springer International Publishing, 2016.

Tämä artikkeli lisättiin tässä versiossa loistavien artikkelien luetteloon 19. syyskuuta 2009 .

[rusin07-1] Ym ^a^b Vadym Rusin: Robottijärjestelmien mukautuva hallinta kosketustehtävissä. ( Memento 9. tammikuuta 2016 Internet-arkistossa ) (PDF; 4,5 Mt). Otto von Guericke University Magdeburg, 2007.

[2] John Kenneth Salisbury: Manipulaattorin aktiivinen jäykkyyden hallinta suorakaidekoordinaateissa. IEEE: n 19. konferenssi päätöksenteosta ja hallinnasta, joulukuu 1980.

[dapper03-3] B ^a^b^c^d Marcus Dapper: Pakota sensoriton manipulaattori Voimaohjaus tuntemattomien, kovien pintojen skannaamiseen. Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, marraskuu 2003.

[4] MH Raibert, John Craig: Manipulaattoreiden hybridiasento / voiman hallinta. ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, kesäkuu 1981.

[koivo89-5] AJ Koivo: Robottimanipulaattorin hallinnan perusteet. Wiley & Sons, New York, USA 1989.

[cabaravdic08-6] Malik Cabaravdic: Vaikutus hakkeen määrän optimointiin vapaamuotoisten työkappaleiden teollisessa robottihihnassa . 110, Dortmundin teknillinen yliopisto, helmikuu 2008.

[Suprijadi05-7] Eko Bono Suprijadi: Nelijalkaisen kävelykoneen kinemaattinen reaaliaikainen ohjaus ja tehonsäätö yksinkertaistetun kinematiikan pohjalta. Duisburg-Essenin yliopisto, toukokuu 2005.

[simpson02-8] John Simpson, Zheng Li, Chris Cook: Sensorless Force Estimation for robots with Kitka. (PDF; 731 kB) Marraskuu 2002.

[colombo02-9] D. Colombo, D. Dallefrate, L. Molinari Tosatti: PC Based valvontajärjestelmät valvonnan alaisena ja intuitiivinen ohjelmointi Teollisuusrobotit. (PDF; 816 kB) Julkaisussa: Proceedings of the Joint Conference on Robotics. Toukokuu 2006.

[winkler06-10] Alexander Winkler: Vaikutuspohjaiseen ihmisen ja robotin vuorovaikutukseen. ( Sivu ei ole enää saatavana , etsi verkkoarkistoista ) Info: Linkki merkittiin automaattisesti vialliseksi. Tarkista linkki ohjeiden mukaisesti ja poista tämä ilmoitus. (PDF; 6,3 Mt) Chemnitzin teknillinen yliopisto, 2006.@ 1@ 2

[sciavicco99-11] Lorenzo Sciavicco, Bruno Siciliano: Robottimanipulaattorien mallintaminen ja hallinta. 2. painos, Springer Verlag, 1999, ISBN 1-85233-221-2 .

[12] Alexander Dietrich : Pyörillä varustettujen humanoidirobottien koko kehon impedanssin hallinta , ISBN 978-3-319-40556-8 , Springer International Publishing, 2016.

Languages