Interaktives Teachen von Fügeaufgaben und deren robuste Ausführung
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- Theodor Schuster
- vor 5 Jahren
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1 Interatives Teachen von Fügeaufgaben und deren robuste Ausführung Andreas Stemmer Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Institut für Roboti und Mechatroni Folie 1 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
2 Stand der Techni Hoher Programmieraufwand: Teachen der Positionen durch Handverfahren des Roboters Entwiclung einer geeigneten Fügestrategie für jeden Anwendungsfall neu Logiteil des Steuerungsprogramms Folie 2 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
3 Stand der Techni Ausgleich von Ungenauigeiten über passive Nachgiebigeit Fehlende Robustheit Fehlende Fleibilität coc Folie 3 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
4 Stand der Techni Alternative Methoden verlassen die Forschungslabore meist nicht Kompleität muss für pratisch relevante Aufgaben überschaubar bleiben Bedienbareit entscheidet über Einsatz in der Prais Folie 4 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
5 Ziel der Arbeiten Vereinfachung der Programmierung von Fügeaufgaben: Vorgabe der Sollposition durch interatives Teachen oder durch einfache Bildverarbeitung Automatische Generierung einer passenden, möglichst robusten Strategie zum Fügen des Objets Folie 5 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
6 Die DLR-Leichtbauroboter LBR I ca LBR III real 2002 LBR II virtuell ca LBR II real ca LBR III virtuell 2000 Folie 6 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
7 Reglerstrutur des LBR III Kartesische Nachgiebigeit Admittanzregelung Kraftregler Inverse Kinemati für redundante, nichtholonome Roboter Steifigeitsregelung Salisbur 80 Projetion der Steifigeit und Dämpfung Kartesisch -- Gelen Nullraum -- Gelen Impedanzregelung Hogan 85 Khatib 93 Kartesische Steifigeitsund Dämpfungsmatrizen Langsame artesische Schleife 6-10ms Schnelle artesische Schleife 1ms Variable Parameter für Gelenregler 1ms Bustat Roboterdnami Vorwärtsinemati Berechnung Sollmoment Jacobimatri Gelen- Regler 0.33ms Positions- Regler =ma Impedanz- =0 Regler Drehmoment- Regler Folie 7 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
8 Teachen durch Vormachen Folie 8 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
9 Automatische Generierung der Fügestrategie Ausgangspunt: Geometrie der Objete Zielposition zu erwartende Unsicherheiten Toleranzen, Messfehler etc. Ziel: Programmcode, der robustes Fügen der Objete ermöglicht Folie 9 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
10 Automatische Generierung der Fügestrategie Versuchsplattform: LBR III Momentan noch Beschränung auf 2D-Objete d.h. 3 Freiheitsgrade Ansteuerung über KRC Zu fügende Teile sind ebene, nicht onvee Pleiglaslogos 5 mm star, Toleranz ca. 0,1 mm Folie 10 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
11 Grundidee Ausgleich der Unsicherheiten durch gezieltes Anstreben einer vorher bestimmten Kontatfolge unter Nutzung der Impedanzregelung Online-Modellbildung zu aufwendig für omplee Geometrien Berücsichtigung der Form der Teile wichtig für effetives Fügen Grundidee: Zweiteilung der Aufgabe Offline-Analse zur Bestimmung der Fügestrategie Impedanzgeregeltes Ausführen des Fügevorgangs ohne Modellenntnisse Folie 11 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
12 Grundidee Erfassung der Objete Geometrische Analse Automatische Generierung der Fügetrajetorie Impedanzgeregeltes Abfahren der berechneten Trajetorie Folie 12 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
13 Fügeablauf Folie 13 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
14 Fügeablauf Folie 14 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
15 Fügeablauf Folie 15 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
16 Geometrische Analse Untersuchung der Einzugsbereiche für den Ausgleich translatorischer Offsets Folie 16 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
17 Geometrische Analse Ausgeglichene Hebelverhältnisse bei Zwei-Punt-Kontaten zum Ausgleich von Verdrehungen Folie 17 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
18 Automatische Code-Generierung Bestimmung von Fügeparametern für maimale Robustheit gegen Unsicherheiten Automatische Generierung von KRL-Programmen Folie 18 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
19 Modellierung des Ausgleichsvorgangs - Begrenzungsurve c c - Steifigeiten d d - Dämpfungen m -Masse m, * * - Gleichgewichtspunt Z, Z - Zielpunt O, * * c d Z, Z d c Folie 19 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
20 Folie 20 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer Modellierung des Ausgleichsvorgangs Bewegungsgleichung: Gleichgewichtspunte haben die Eigenschaft Mit Lapunov und LaSalle ann loale asmptotische Stabilität für eingeschränten Startbereich gezeigt werden Analogie zu den Einzugsbereichen = d d c c m m z z & & && 0 * * = + z z c c
21 Folie 21 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer Robustheitsbetrachtungen Betrachtet man die fehlerhafte Zielposition so verändert dies auch die resultierende Gleichgewichtslage Robustheit:,, z z z z z z δ +δ +,, * * * * * * δ +δ + 0! 2 0 * = + + = z Z c c c c Z δ δ δ 0! 2 0 * = + + = z Z c c c c Z δ δ δ,,,, * * * z c c
22 Implementierung Prototpische Implementierung der geometrischen Analse in Matlab Ausgangspunt: Geometrie des Objets und des Lochs als Polgonzüge Berechnung der Einzugsbereiche für verschiedene Richtungen Bewertung der Einzugsbereiche anhand der Größe, der Invarianz gegenüber Verdrehungen und der auftretenden Hebelverhältnisse Auswahl der günstigsten Fügestrategie Generierung von passendem KRL-Code Folie 22 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
23 Eperimente Folie 23 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
24 Eperimente Statistische Bewertung der Fügestrategie mit ünstlich eingeprägten Ungenauigeiten Ursprüngliche Vorgabe: Abweichungen bis zu 5mm translatorisch und ±2 rotatorisch wurde zu 100% erfüllt Erweiterung auf 10mm und ±3 : KUKA-Logo: 98,7% Trefferquote PAPAS-Logo: 91,7% Trefferquote DLR-Logo: 84,7% Trefferquote Folie 24 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
25 Eperimente Folie 25 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
26 Eperimente Δϕ 5 erfolgreich nicht erfolgreich 0 10mm 20mm Δ 5 Folie 26 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
27 Eperimente Δϕ 5 erfolgreich nicht erfolgreich 0 10mm 20 mm Δ 5 Folie 27 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
28 Eperimente Δϕ 5 erfolgreich nicht erfolgreich 0 10mm 20mm Δ 5 Folie 28 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
29 Zusammenfassung Allgemein verwendbare Strategie zum robusten Fügen von planaren Teilen ohne Benutzereingriff Offline-Vorberechnung zur Vereinfachung der Roboter-Steuerung Eperimente bestätigen die Fähigeit, Unsicherheiten robust auszugleichen In Zusammenhang mit dem Teachen durch Vormachen ergibt sich eine intuitive Programmiermöglicheit auch für Laien Folie 29 > Interatives Teachen von Fügeaufgaben > A. Stemmer
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