Modellbasierte Trajektoriengenerierung und Regelung von Kontinuummanipulatoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Oliver Sawodny
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317742086

Ziel des Projekts ist die Methodenentwicklung von modellbasierten Steuerungs- und Regelungsalgorithmen für redundante Kontinuumroboter. Die entwickelten Methoden sollen am Beispiel von pneumatisch aktuierten Kontinuummanipulatoren untersucht werden. Diese bieten im Umfeld einer Kooperation mit einem Menschen ein hohes Potential. Typischerweise zeichnen sich Mensch-Maschine-Interaktionen durch zwei grundlegende Aufgabenfelder aus, zum einen das Erkennen von externen Kräften und zum anderen das Realisieren eines vorgegebenen Verhaltens im Falle eines Kontaktes. Dafür soll zunächst das bestehende Modell erweitert und in größerer Detailtiefe betrachtet werden. Aufbauend darauf sollen modellbasierte Ansätze zur Detektion des Kontaktfalls am Manipulator untersucht werden: Wie können zuverlässig Kontaktsituationen erkannt werden und inwiefern ist es möglich Angriffspunkt, Wirkungsrichtung und Betrag einer anliegenden Kraft aus den spezifischen Eigenschaften des Kontinuummanipulators, sowie den gegeben Druck- und Winkelsensoren präzise zu schätzen. Aufgrund der Bauweise des Manipulators kann die Steifigkeit der Balgsegmente, neben einer Feedbackregelung auch über den Mittendruck vorgegeben werden. Dieser Mittendruck soll in einer zentralen ganzheitlichen Regelung mitberücksichtigt werden, was als Vorbereitung auf die Aufgabenplanung dient.Bei der Aufgabenplanung soll neben der typischerweise betrachteten Trajektorie des Werkzeugpunktes auch der Kontaktfall mit der Umgebung sowie die damit einhergehende Kraft mitberücksichtigt werden. Bei der Planung selbst stellt sich die Frage wie sich die zusätzlichen Freiheitsgrade des pneumatisch aktuierten Kontinuummanipulators nutzen lassen, um vorrangig die Realisierbarkeit der definierten Aufgabe zu gewährleisten und um nachrangig die Aufgabe selbst in einem für den Manipulator möglichst vorteilhaftem Zustand, wie Steifigkeit, maximal aufprägbarer Kraft, aber auch systemtheoretische Eigenschaften, wie günstige Beobachtbarkeit hinsichtlich der Kontaktsituation, umzusetzen. Für die Aufgabendefinition sollen abschließend interaktive Algorithmen entwickelt werden, welche es dem Menschen erlauben durch haptisches Verformen einen Pfad sowie eine Kraftreferenz dem Manipulator vorzugeben, welche dann mit den entwickelten Planungsalgorithmen umgesetzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen