Robotersteuerung mit online Bahnvorgabe durch Kraftsensorik und / oder Bildverarbeitung

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Erich Schräder
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Roboterteuerung mit online Bahnvorgabe urch Kraftenorik un / oer Bilverarbeitung Frierich Lange Intitut für Robotik un Mechatronik, DLR Oberpfaffenhofen Gerthofen,

Zuammenfaung Aufgabenbechreibung Aufgabe: Auführung einer programmierten Bahn mit enorgetützter Bahnkorrektur, o a nominelle Senoraten gemeen weren Online

Gechwinigkeitregelung tangential zur Kontur Annahme wieerholter Auführung er Bewegung Beipielaufgabe mit Kamera Horizontale Kreibahn um ie Roboter programmiert Kabel

avi Konturverfolgung Viual Servoing an Linien 2.

1 Roboterteuerung mit online Bahnvorgabe urch Kraftenorik un / oer Bilverarbeitung Frierich Lange Intitut für Robotik un Mechatronik, DLR Oberpfaffenhofen Gerthofen, 26. Januar Einleitung: Aufgabe, Anforerungen 2. Struktur er Regelung mit Senoraten 3. Poitionregelung 4. Kraftregelung 5. Bilverarbeitung 6. Zuammenfaung Aufgabenbechreibung Aufgabe: Auführung einer programmierten Bahn mit enorgetützter Bahnkorrektur, o a nominelle Senoraten gemeen weren Online Verarbeitung von Senoraten Kraft-/Momentenenor Bilverarbeitung anere Senoren Beipielaufgabe mit Kraft-/Momentenenor Kraftregelung normal zur unbekannten Kontur Gechwinigkeitregelung tangential zur Kontur Annahme wieerholter Auführung er Bewegung Beipielaufgabe mit Kamera Horizontale Kreibahn um ie Roboter programmiert Kabel (Poition im Bil => raiale Bahnkorrektur) Röhre (Poition un Breite im Bil => raiale un vertikale Bahnkorrektur) kontur_langam_klein.avi Konturverfolgung Viual Servoing an Linien 2. Struktur er Regelung mit Senoraten Anforerungen für inutrielle Roboteranwenungen: Hohe Genauigkeit (unter 1 mm) Schnelle Bewegung (über 1 m/) Stanarkomponenten (Koteneffizienz) für Aufgaben wie z. B. Laerchneien, Laerchweißen, Kleben, Löten trotz Unicherheit in Form un Lage er Teile un er Roboterbewegung aber mit Bekannten Objekten Bekannter Nominallage er Objekte Bekannter Referenztrajektorie Trennung von Poitionregelung un (enorgetützter) Bahnvorgabe Poitionregelung hängt vom Roboter ab (z.b. aaptive Regelung oer compute torque control) Bahnvorgabe hängt von er Aufgabe ab (z. B. gegebene Bahn, ie in einzelnen Komponenten urch Senoraten korrigiert wir) Iealer Roboter 1

Schnitttellen Inutrielle Senorchnitttelle qc, qa Definition eine iealen Roboter qa = q oer xa = x (benötigt zukünftige Sollwerte) Vorteuerung erforerlich Berückichtigung von externen Kräften

2 Schnitttellen Inutrielle Senorchnitttelle qc, qa Definition eine iealen Roboter qa = q oer xa = x (benötigt zukünftige Sollwerte) Vorteuerung erforerlich Berückichtigung von externen Kräften Schnitttellen Inutrielle Senorchnitttelle qc, qa Definition eine iealen Roboter qa = q oer xa = x (benötigt zukünftige Sollwerte) Vorteuerung erforerlich Berückichtigung von externen Kräften Verwenung e inutriellen feeback Regler Zuätzlich linearer feeforwar Regler (Vorteuerung) Aaption bei er Intallation e Roboter Werkzeugpezifiche Parameter Präiktive Schnitttelle: Zukünftige Sollwerte benötigt 3. Poitionregelung 4. Kraftregelung Neuer Anatz: xa ( k) = ( Fr F( k)) / E x( k) = xa( k) + xa( k) x ( k) = f ( x ( k), x ( k 1), x ( k 2),..) c (Glättung) c ohne Verwenung von x Klaicher Anatz: ) x (k) = x (k 1 ) + K( F (k)-f(k)) + K( F(k)-F(k-1) p a r kontur_langam_klein.avi kontur_chnell_klein.avi Aufnahme er Kontur: Sollkraft: 10 N Soll-Gechwinigkeit: 0,3 mm / Abtatchritt Auführung er ermittelten Bahn mit hoher Gechwinigkeit: Gechwinigkeit entprechen max. erlaubten Bechleunigungen Bahn au Sollbahn bei er Aufnahme 2

er Linien urch Polynome ξ=f(η) Nur 5 Punkte von jeer Linie (Poition abhängig von Gechwinigkeit) Kleine Winow (nachgeführt) grün: Winow für Linienpunkt rot: Gefunener Linienpunkt blau: Sollwert für

3 Betimmung zukünftiger Sollwerte 5. Bilverarbeitung Keine Präiktion x ( k + i) = x ( k) Präiktion urch Extrapolation ohne a priori Information über Form un Bewegung er Kontur Präiktion urch Moell er Kontur (Referenzbahn) un er Bewegung er Kontur (z. B. fete Gechwinigkeit) Präiktion urch Meung zukünftiger Konturpunkte urch vorlaufene(n) Senor(en) Bilauwertung Bewegung un Linien ungefähr vertikal im Bil Horizontale Kantenuche (Halbbiler) Dartellung er Linien urch Polynome ξ=f(η) Nur 5 Punkte von jeer Linie (Poition abhängig von Gechwinigkeit) Kleine Winow (nachgeführt) grün: Winow für Linienpunkt rot: Gefunener Linienpunkt blau: Sollwert für Linienpunkt Betimmung er Solltrajektorie Betimmung er Solltrajektorie Senierte Linie bzgl. Sollbahn = Nominelle Linie bzgl. Referenzbahn Kameralage au Gelenkwinkeln berechnet - 1 Linie: Nur Bahnkorrektur von x bei bekanntem Abtan - 2 Linien: Räumliche Bahnkorrektur er Poition (x un z) - Bahnkorrektur er Orientierung nur mit volltänigem Anatz Berechnung zukünftiger Punkte er Sollbahn Dartellung er Senorkorrekturen urch Polynome Die Kenntni er Kameralage zum Zeitpunkt er Aufnahme it entcheien, er Betrag er Verzögerungen pielt kaum eine Rolle Daher weren ie Orientierung er Kamera un ie Verzögerung er Bilverarbeitung vor em Experiment ientifiziert Die Regelung erfolgt urch en Iealen Roboter 1 Bil reicht, ofern ie Bahn en Bilbereich nicht verlät Anwenung Regelung er Poition in 3 of 3

Regelung von Poition un Orientierung Regelung er Poition in er horizontalen

ohne Präiktion 35 Pixel Poitionregelung ohne Vorteuerung mit Präiktion 1,9

Bilpunktfehler 63 Pixel 4,7 Pixel 3,6 Pixel Mittlerer Bahnfehler 9,7 mm 0,8

Vorteuerung un Präiktion Regelung mit Präiktion urch Extrapolation 6.

Bilverarbeitung it beer al taktile Senorik Stabilität wir nicht urch

er Bilauwertung wir berückichtigt Moular mit Stanarkomponenten (kotengüntig)

4 Regelung von Poition un Orientierung Regelung er Poition in er horizontalen Ebene Vergleichene Experimente Mittlerer Bilpunktfehler Klaicher PD-Regler ohne Präiktion 35 Pixel Poitionregelung ohne Vorteuerung mit Präiktion 1,9 Pixel Poitionregelung mit Vorteuerung mit Präiktion 1,3 Pixel Maximaler Bilpunktfehler 63 Pixel 4,7 Pixel 3,6 Pixel Mittlerer Bahnfehler 9,7 mm 0,8 mm 0,6 mm Maximaler Bahnfehler 19,9 mm 2,4 mm 1,5 mm ohne Präiktion mit Vorteuerung un Präiktion Regelung mit Präiktion urch Extrapolation 6. Zuammenfaung Schnelle un genaue Verfolgen von Linien it möglich Bilverarbeitung it beer al taktile Senorik Stabilität wir nicht urch Zeitverzögerungen beeinflut Lage un Kalibrierung er Kamera o wie Verzögerung er Bilauwertung wir berückichtigt Moular mit Stanarkomponenten (kotengüntig) Anwenbar für taktile oer viuellle Tracking zum Kleben, Laerchneien uw. un für pick-an-place Aufgaben un einfache Montagezenarien 4

5 Aublick Berückichtigung er Gelenkelatizität Impeanzregelung Kombination von Bilverarbeitung un Kraftregelung 5

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