Roboter mit Tastsinn

Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaft licher Mitarbeiter am Institut fUr Regelungstechnik der Technischen Universitat Braunschweig. Ich verdanke sie zunachst dem Umstand, daB mir seinerzeit ein Ernst-von-Siemens-Promotionsstipendium verliehen wurde. Mein besonderer Dank gilt natiirlich Herrn Prof. Dr. -Ing. Dr. h. c. W. Leon hard, dem Leiter des Instituts fiir Regelungstechnik, der das gewiinschte For schungsthema gern aufgriff und die Arbeit mit wachsendem Interesse fOrderte. Durch regelmiiBige Gelegenheiten zu Vorfiihrungen der Roboterexperimente vor Institutsgiisten schuf er eine kreative Atmosphiire, in der eine stetige Verbesse rung der experimentellen Verwirklichungen moglich war und schlief31ich auch ein beeindruckender Grad an Hartung gegen "VorfUhreffekte" erreicht werden konnte. Fiir die Ubernahme der Mitberichterstattung danke ich Herrn Prof. Dr. -Ing. H. Ulbrich yom Institut fUr Fertigungsaptomatisierung und Handhabungstechnik. Meinem ehemaligen Schreibtisch-Kollegen Dr. -Ing. G. Seeger, davor einmal Betreuer meiner Diplomarbeit, gilt in mehrfacher Hinsicht mein herzlicher Dank. Er erstellte anfangs die wissenschaftliche Formulierung des Forschungsthemas, gab mir in wichtigen Fragen immer verliif31iche Antworten und hinterlieB mir einen lei stungsfahigen und funktionssicheren Robotersteuerungs-Laboraufbau. So war hier eine Weiterentwicklung auf hoher Stufe moglich. Zuletzt iibermittelte er mir seine umfangreichen Erfahrungen von der Formatierung seiner eigenen Dissertation.

1 Einleitung. - 1. 1 Roboter und Tastsinn. - 1. 2 Bewegungsführung von Industrierobotern. - 1. 3 Regelungstechnische Grund-Aspekte. - 1. 4 Kraftregelungsaufgaben. - 1. 5 Anknüpfungen an die Literatur. - 2 Kraft-/Momenten-Signalverarbeitung. - 2. 1 Vorüberlegungen zur Kraft-/Momenten-Messung. - 2. 2 Zugrundeliegendes 6-achsiges Sensorelement. - 2. 3 Struktur der Sensorsignalverarbeitung. - 2. 4 Analoger Systemteil. - 2. 5 Digitaler Systemteil. - 2. 6 Kartesische Genauigkeit. - 2. 7 Identifikation der Sensor-Matrix. - 2. 8 Identifikation der Eigengewichtsparameter. - 2. 9 Experimente zu den Eigengewichtseinflüssen. - 3 Jacobi-Matrix: Grundlagen und Algorithmen. - 3. 1 Überblick zur Jacobi-Matrix in der Robotik. - 3. 2 Zugrundeliegende kinematische Gleichungen. - 3. 3 Jacobi-Matrix ? JA? B? . - 3. 4 Effizienter Algorithmus für die Jacobi-Matrix ? JG? 0? . - 3. 5 Vergleich von Rechenzeiten. - 4 Kartesische Schnittstellen und einfache Anwendungen der Jacobi-Matrix. - 4. 1 Abbildungszusammenhänge und Steuerprinzipien. - 4. 2 Systemstruktur der Implementierung. - 4. 3 Einsatz der transponierten Jacobi-Matrix. - 4. 4 Kinematische Schnittstellen. - 4. 5 Drehtransformationen im Kraftregelkreis. - 4. 6 Durchfahren von Singularitäten mit dem JT-Prinzip. - 4. 7 Zusammenschau zu Jacobi-Matrix und kartesischen Schnittstellen. - 5 Kraftregelkreis und Kraftregelgesetze. - 5. 1 Kraftregelkreis. - 5. 2 Kraftregelgesetze. - 5. 3 Allgemeine Einflüsse auf das Kraftregelverhalten. - 6 Kartesische Experimente. - 6. 1 Freies Führen des Robotergreifers im Raum. - 6. 2 Kraftregelung unter eingeprägter Vorschubbewegung. - 6. 3 Zweidimensionale Kraftregelung. - 6. 4 Andruckregelung mit Momentenausgleich. - 6. 5 Drehen einer on-line-veränderlichen Kurbel. - 6. 6 Erste Eindrücke bei Entgratversuchen. - 7 Kraftregelung mit Vorsteuerung. - 7. 1 Erwartungen, Vorarbeiten und Versuche. - 7. 2 Regelungsstrukturen bei der Vorsteuerung. - 7. 3 Lageregelung mit Drehzahlvorsteuerung. - 7. 4 Implementierung des Führungsgrößenfilters. - 7. 5 Messung der kartesischen Lage über den Kraftsensor. - 7. 6 Systemverhalten bei kartesischen Soll-Lage-Sprüngen. - 7. 7 Kraftregelverhalten bei Drehzahlvorsteuerung. - 7. 8 Schlußfolgerung zur Vorsteuerung. - 8 Hybrid Control Ein Irrweg? . - 9 Unified Motion and Force Control die beste Lösung? . - 10 Zusammenfassung. - 11 Literaturverzeichnis. - 12 Symbolverzeichnis. - 12. 1 Allgemeine Formelzeichen-Systematik. - 12. 2 Links hochgestellte Indizes. - 12. 3 Rechts stehende Indizes. - 12. 4 Wortabkürzungen. - 12. 5 Hauptverzeichnis der mathematischen und physikalischen Größen. - 12. 6 Symbolik bei Ortsvektoren und Richtungsvektoren. - 12. 7 Hinweis zu den Meßschrieben. - 13 Bildverzeichnis. - 14 Tabellenverzeichnis.