Anwendungen von Kraft/Beschleunigungs- Sensordatenfusion. Daniel Kubus Institut für Robotik und Prozessinformatik

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Anwendungen von Kraft/Beschleunigungs- Sensordatenfusion. Daniel Kubus Institut für Robotik und Prozessinformatik"

Rolf Dieter
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Anwendungen von Kraft/Beschleunigungs- Sensordatenfusion Daniel Kubus Technische Universität - 1/22 - Braunschweig

2 Gliederung Motivation Verfügbare Sensoren und Alternativen Schätzung von Last-Trägheitsparametern Kraftregelung Greifposenschätzung und Objekterkennung Zusammenfassung - 2/22 -

3 Motivation Potentielle Anwendungen von Beschleunigungssensorik in der Industrierobotik Bestimmung und Korrektur von Bahnabweichungen Schätzung der Trägheitsparameter einer Last - 3/22 -

4 Motivation Schätzung der Trägheitsparameter - Masse, Schwerpunkt, Trägheitsmatrix einer Last Anwendungsbereiche: Dynamik Montage Trägheitsparameter Objekterkennung Kraftregelung - 4/22 -

5 Gliederung Motivation Verfügbare Sensoren und Alternativen Schätzung von Last-Trägheitsparametern Kraftregelung Greifposenschätzung und Objekterkennung Zusammenfassung - 5/22 -

6 Verfügbare Beschleunigungssensoren Heutige Technologie MEMS sehr verbreitet Automobilindustrie, Unterhaltungselektronik differenziertes Angebot Quelle: Thyracont Funktionsprinzipien Wärmeströmung Wirkung einer Probemasse - 6/22 -

7 Verfügbare Beschleunigungssensoren Probleme Querachsempfindlichkeit Nichtlinearität Messung von Winkelbeschleunigungen α = a r a 2r l - 7/22 -

8 Alternativen Berechnung aus Encodersignalen Kalmanfilterung Propagation von Basis zu Hand sukzessive Berechnung KF Gelenk 1 q. q.. Winkelgeschwindigkeit Winkelbeschleunigung KF Gelenk 6 q. q.. Linearbeschleunigung - 8/22 -

9 Alternativen Vergleich Nachteil: Getriebeeinflüsse und Materialschwingungen unberücksichtigt - 9/22 -

10 Gliederung Motivation Verfügbare Sensoren und Alternativen Schätzung von Last-Trägheitsparametern Kraftregelung Greifposenschätzung und Objekterkennung Zusammenfassung - 10/22 -

11 Parameterschätzung Problemstellung physikalische Beschreibung des Systems (Newton-Euler Ansatz) F + mg = mr & T c F = I q & ω + ω I ( ω) q F Kθ = T - 11/22 -

12 Parameterschätzung gesuchte Parameter: K θ = ( m, c, c, c, j, j, j, j, j, j ) enthält Beschleunigungen und Winkelgeschwindigkeiten Gleichungssystem linear bezüglich gesuchter Parameter x y z xx xy xz yy yz zz Fehlermodelle von Schätzverfahren additiver Fehlervektor z.b. Methode der kleinsten Quadrate (OLS) F K θ = + e T additiver Fehlervektor und Fehlermatrix Totale kleinste Quadrate (TLS) F ( K + E) θ = + e T - 12/22 -

13 Parameterschätzung Rekursive Methode der totalen kleinsten Fehlerquadrate (TLS) Prinzip echtzeitfähig (rekursive Singulärwertzerlegung) berücksichtigt auch Fehler in Beschleunigungssignalen - 13/22 -

14 Ergebnisse Methode der Hilfsvariablen und der totalen kleinsten Quadrate geeignet schnelle und robuste Schätzung mit geeigneter Trajektorie (<1s) Winkelbeschleunigungssignale von JR3 Sensor unbrauchbar Relativer Fehler in % JR3-Sensor Encoder Parameter - 14/22 -

15 Gliederung Motivation Verfügbare Sensoren und Alternativen Schätzung von Last-Trägheitsparametern Kraftregelung Greifposenschätzung und Objekterkennung Zusammenfassung - 15/22 -

16 Kraftregelung Prinzipielle Struktur zur reinen Kontaktkraftregelung Eliminierung der Nichtkontaktkräfte mit Hilfe der Trägheitsparameter Nichtkontaktkräfte sind Trägheitskräfte, Zentrifugal- und Corioliskräfte keine Sensor-Resets mehr erforderlich - 16/22 -

17 Kraftregelung Vorläufige Ergebnisse ruckbegrenzte Trajektorien gute Eliminierung aller Nichtkontaktkräfte Kraft in N Zeit in ms - 17/22 -

18 Gliederung Motivation Verfügbare Sensoren und Alternativen Schätzung von Last-Trägheitsparametern Kraftregelung Greifposenschätzung und Objekterkennung Zusammenfassung - 18/22 -

19 Greifposenschätzung Schätzung anhand der Richtungen der Hauptträgheitsachsen Mehrdeutigkeiten Orientierungsfehler zu groß für industrielle Montageaufgaben Pitch- Fehler Roll- Fehler Yaw- Fehler O 1 O 2 O 1 8,97 3,06 6,14 O 2 11,38 12,32 8,27-19/22 -

Objekterkennung Verfahren Bestimmung der Hauptträgheitsmomente Vierdimensionaler Merkmalsraum (Masse und Hauptträgheitsmomente) Zuordnung der

20 Objekterkennung Verfahren Bestimmung der Hauptträgheitsmomente Vierdimensionaler Merkmalsraum (Masse und Hauptträgheitsmomente) Zuordnung der Objekte mittels varianzsensitivem Distanzmaß O 1 O 1 O 1 O 2 O 2 O 2 Testobjekte fehlerfrei erkannt Kombination mit Vision-Verfahren - 20/22 -

21 Zusammenfassung Einsatz von Beschleunigungssignalen bietet hohes Potential Heutige Beschleunigungssensoren für einige Anwendungen noch ungeeignet Schätzung von Lastträgheitsparametern bietet viele Anwendungsfelder Verbesserungen von Kraftregelung durch Eliminierung von Nichtkontaktkräften Greifposenschätzung ungeeignet für industrielle Montage Robuste Objekterkennung - 21/22 -

22 Fragen und Anregungen - 22/22 -

Ähnliche Dokumente

Kinetik des starren Körpers

Technische Mechanik II Kinetik des starren Körpers Prof. Dr.-Ing. Ulrike Zwiers, M.Sc. Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau Hochschule Bochum WS 2009/2010 Übersicht 1. Kinematik des Massenpunktes 2.