Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise

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1 Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise Hochschule Augsburg, Labor für, Prof. Dipl.-Ing. Georg Stark Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 1

2 Übersicht 1. Hohe Softwarequalität durch modellbasierte Programmierung 2. Intelligente und mobile Robotersysteme 3. Simulationskomponente SunSim für die Steuerung Sunrise von KUKA Roboter 4. Schnittstelle für Realistische Robotersimulation 5. Anwendung an der Hochschule Augsburg Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 2

3 Labor 1 Simulation Eigene Steuerung MRobot Prog. mit 3D-Bilddatendaten EU-Projekt Mobile Roboter Greiferkamera Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 3

4 Labor 2 Fräsen Zahnkronen Kajak Olympia- Sieger A. Grimm Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 4

5 Darstellung des Programmwissens in der Entwurfsebene abstrakt Produktidee Architektur Teilstrukturen Analyse - Formalisierung Formales Modell Klasse/Funktion Komponente Entwurf - Konkretisierung konkret Paradigmen nichtformal formal Binärcode Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 5

6 Vergleich der Paradigmen Paradigma Primäre Darstellung Imperativ prozedural Prozess (parallel, sequentiell) niedrig Objektorientiert deklarativ Struktur mittel Wissensdomäne Abstraktionsebene Komponentenorientiert Datenflussorientiert deklarativ Struktur mittel deklarativ Inhalt hoch Modellbasiert deklarativ Inhalt hoch Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 6

7 Modellbasierte Softwareentwicklung Formale, abstrakte Darstellung der Wissensinhalte - keine Realisierungsdetails - weitgehende Plattformunabhängigkeit Unterschiedliche Modellbegriffe - Physikalische Systeme / Prozesse - Datenstrukturen Domänenspezifische Sprache Text/Grafik - einfach und prägnant - Benutzung ohne umfangreiche Programmierkenntnisse Simulation und Codegenerierung Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 7

8 MATLAB-Code: Planung Kreisinterpolation Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 8

9 Beispiel: Geometriemodell - Kinematik A 1 {K 1 } A 2 a 1 α 1 θ 2 A 3 A 4 d 1 {K 2 } θ 1 DH 0,1 ( θ 1) z 0 y 0 {K 0 } x 0 Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 9

10 Beispiel: Signalflussmodell - Regelung P prog P umgebung Kinematikmodell Abstandssensor Σ q korr + q Roboter P ist - Sensor P ist dq korr J -1 Flansch dp Sensor Sensor korr dp korr dp Basis T Sensor Regler - Sensor P soll P: kartesische Werte, q: achsbezogene Werte Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 10

11 Implementierung - Domänensprachen MATLAB - Text Simulink - Grafik Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 11

12 Modellbasierte Systementwicklung Globale Systembeschreibung (SysML) Signalverarbeitung (MATLAB/Simulink) Phys.-Tech. Modell (Simscape) Steuerung Sensordaten- verarbeitung Arm Aktor Sensor SysML: standardisierte Modellierungssprache für Systeme Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 12

13 Intelligente Robotersysteme in der Fertigung Getriebemontage Mobile Plattform Roboter als mobiler, flexibler Assistent (flexfellow) Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 13

14 Intelligente Robotersysteme in der Fertigung Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 14

15 Struktur der Simulationskomponente SunSim Sunrise Workbench (KUKA Roboter) RoboticsAPI (ohne Sunrise-Kern) (Java) UDP SunSim Bewegungsanalyse, Bahnoptimierung (MATLAB) 3D-Grafiksimulation (C++) Echtzeitkern (C++) Bahninterpolator (MATLAB) UDP: einfaches, weitverbreitetes Netzwerkprotokoll Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 15

16 Bewegungssimulation - Verfahrarten Der Sunrise-Kern wird emuliert. Dies ergibt eine stabile, wartungsfreundliche Software mit ausreichender Genauigkeit. Intelligenter Roboterarm Omnidirektionale Plattform PTP LIN, mit Überschleifen CIRC SPLINE PTP (entspricht LIN) Relativbewegung Globale Bewegung mit Zielmarke (entspricht Navigation) Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 16

17 Bedienoberfläche Sunrise Workbench (KUKA) SunSim Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 17

18 Bedienoberfläche Sunrise Workbench (KUKA) SunSim Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 18

19 Schnittstelle Realistische Robotersimulation Darstellung der herstellerspezifischen Verfahren in MATLAB-Skript oder C/C++ Bahninterpolator (MATLAB) Standardisierte Schnittstelle Realistische Simulation Integration in SunSim als binäre Softwarekomponente (DLL) Herstellerspezifische Steuerungs- und Programmieralgorithmen (Binäre Komponente/DLL) Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 19

20 Anwendung an der Hochschule Augsburg Praktikum Robotersimulation Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 20

21 Zusammenfassung Erweiterbare Simulationssoftware SunSim für die neue KUKA-Steuerung Sunrise Geschützte Integration herstellerspezifischer Algorithmen Modellbasierte Programmierung - Implementierung mit MATLAB - Hohe Softwarequalität bei reduzierten Kosten Programmierung und Optimierung von mobilen Robotersystemen für die flexible Fertigung. Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 21

22 Modellbasierte Prog: Robotik mit Matlab Lehrbuch Programmierung von Robotersteuerungen Geeignet für - Technikerschulen - Oberstufe Gymnasien - Hochschulen - Universitäten Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 22

23 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit! Modellbasierte Programmierung einer Simulationskomponente für die KUKA-Robotersteuerung Sunrise 12. Mai 2015 Folie 23