Zusammenfassung
Die Regelung mobiler Roboter trägt entscheidend zur Erhöhung der Traktion und
Ausschöpfung ihres Mobilitätspotentials bei. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich explizit mit der Kraftregelung von Ketten-Flippern eines modular aufgebauten Roboters, die zur Unterstützung der Mobilität aktiv an den Untergrund adaptiert werden können.
Ausgehend von einer theoretischen Auseinandersetzung mit verschiedenen
Prinzipien der Kraftregelung erfolgt die Auswahl eines geeigneten Verfahrens für das vorliegende System. Die Implementierung des Regelalgorithmus wird dezentral auf den einzelnen Motorsteuerungen umgesetzt. Eine abschließende experimentelle Untersuchung zeigt, dass das realisierte Verfahren in verschiedensten Geländetopologien die Mobilitätseigenschaften des Systems positiv beeinlusst. Durch die Auslagerung des Reglers in ein eingebettetes System kann eine Reduzierung von Latenzzeiten erreicht und dadurch die Echtzeitfähigkeit auch in dynamischen Einsatzfällen sichergestellt werden.
abstract
The control of mobile robots is decisive for the increase of traction and exhaustion of their mobility potential. The present thesis refers to the force control for the track-lippers of a modular constructed robot, which are adapted to the terrain to support the mobility actively.
Based on a theoretical analysis of diferent principles of force control a suitable method for the present system is chosen. The implementation of its algorithm is decentralized efectuated on the single engine control units. A inal experimental evaluation shows that the realized method positively afects the mobility characteristics in various terrain topologies. The evacuation of the controller in an embedded system attains a reduction of latency periods. Therefore a real-time capability can even be assured in dynamic cases of application.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 1.1. Aufbau des Moebhiu's Robotersystems
- 1.2. Motivation
- 1.3. Zielsetzung und Aufbau der Arbeit
- 2. Stand der Technik und Forschung bei mobilen Robotersystemen
- 2.1. Historische Entwicklung mobiler Robotersysteme
- 2.1.1. Erste Implementationen
- 2.1.2. Klassifizierung heutiger mobiler Robotersysteme
- 2.2. Regelung mobiler Robotersysteme
- 2.3. Regelungskonzepte
- 2.3.1. Roboter-Positionsregelung
- 2.3.2. Roboter-Kraftregelung
- 2.3.3. Hybride Kraft- und Positionsregelung
- 3. Kraftregelung in der Robotik
- 3.1. Grundlagen der Kraftregelung
- 3.2. Kontaktmodellierung zwischen Robotersystem und Umwelt
- 3.3. Kennwerte des Kontaktes
- 3.3.1. Kraft und Drehmoment im Kontakt
- 3.3.2. Impedanz und Admittanz des mobilen Robotersystems
- 3.4. Übersicht bekannter Kraftregelungsverfahren
- 3.4.1. Nachgiebige Roboterapplikationen
- 3.4.2. Impedanzregelung
- 3.4.3. Admittanzregelung
- 3.4.4. Explizite Kraftregelung
- 3.4.5. Kaskadierte Kraftregelung
- 3.4.6. Adaptive Kraftregelung
- 4. Auswahl eines Kraftregelungsverfahrens für die Flipper des Moebhiu²s
- 4.1. Anforderungen an eine Regelung der Flipper
- 4.2. Bewertung und Auswahl der Regelverfahren
- 4.2.1. Bewertung der Regelungsprinzipe
- 4.2.2. Bewertung der Regelungsverfahren
- 5. Auslegung und Evaluierung der Impedanzregelung
- 5.1. Modellierung der Impedanzregelung
- 5.2. Implementierung des Reglerentwurfs
- 5.3. Vorstellung des eingesetzten Prüfstandes
- 5.4. Empirische Dimensionierung der Regelparameter
- 5.4.1. Theorie des empirischen Optimierens
- 5.4.2. Anforderung an die Dimensionierung der Regelparameter
- 5.5. Auslegung der Impedanzregelung am Prüfstand
- 5.5.1. Definition der Simulationsbedingungen
- 5.5.2. Simulation „Fahren auf einer Ebene mit Hindernissen“
- 5.6. Erprobung der Regelung in dynamischen Einsatzumgebungen
- 5.6.1. Simulation „Fahren auf einer schiefen Ebene“
- 5.6.2. Simulation „Unregelmäßige Wellenbahn mit niedriger Frequenz“
- 5.6.3. Simulation „Regelmäßige Wellenbahn mit hoher Frequenz“
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Konzeption und Implementierung einer Kraftregelung für die aktiven Flipper des mobilen Robotersystems Moebhiu². Ziel ist die Verbesserung der Traktion und Mobilität des Roboters in verschiedenen Geländetopologien. Die Arbeit untersucht verschiedene Kraftregelungsverfahren und wählt ein geeignetes Verfahren für das System aus. Die Implementierung und experimentelle Evaluierung des gewählten Verfahrens stehen im Mittelpunkt.
- Kraftregelung für mobile Robotersysteme
- Auswahl und Implementierung eines geeigneten Regelalgorithmus
- Experimentelle Untersuchung der Mobilitätseigenschaften
- Echtzeitfähigkeit der Regelung
- Dezentrale Regelung auf einzelnen Motorsteuerungen
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel führt in die Thematik ein, beschreibt den Aufbau des Moebhiu² Robotersystems, die Motivation der Arbeit und die Zielsetzung. Es skizziert den Aufbau der Arbeit und liefert einen Überblick über die folgenden Kapitel.
2. Stand der Technik und Forschung bei mobilen Robotersystemen: Dieses Kapitel bietet einen Überblick über die historische Entwicklung mobiler Robotersysteme, klassifiziert heutige Systeme und beleuchtet verschiedene Regelungskonzepte, insbesondere Positions-, Kraft- und hybride Regelungen. Es bildet die Grundlage für die spätere Auswahl des geeigneten Verfahrens.
3. Kraftregelung in der Robotik: Dieses Kapitel behandelt die Grundlagen der Kraftregelung in der Robotik, die Kontaktmodellierung zwischen Roboter und Umwelt sowie relevante Kennwerte wie Kraft, Drehmoment, Impedanz und Admittanz. Es präsentiert eine Übersicht verschiedener bekannter Kraftregelungsverfahren, die im weiteren Verlauf bewertet werden.
4. Auswahl eines Kraftregelungsverfahrens für die Flipper des Moebhiu²s: Basierend auf den im vorherigen Kapitel vorgestellten Verfahren und den spezifischen Anforderungen an die Flipperregelung, werden in diesem Kapitel geeignete Regelverfahren bewertet und ein optimales Verfahren für das Moebhiu² System ausgewählt. Die Kriterien für die Auswahl werden explizit dargelegt.
5. Auslegung und Evaluierung der Impedanzregelung: Dieses Kapitel beschreibt die Modellierung und Implementierung des gewählten Regelverfahrens (Impedanzregelung). Es präsentiert den Aufbau des Prüfstandes, die empirische Dimensionierung der Regelparameter und die Ergebnisse der Simulationen und experimentellen Tests unter verschiedenen Bedingungen (Ebene mit Hindernissen, schiefe Ebene, unregelmäßige und regelmäßige Wellenbahnen).
Schlüsselwörter
Mobile Robotersysteme, Kraftregelung, Impedanzregelung, Moebhiu², Traktion, Mobilität, Echtzeitfähigkeit, dezentrale Regelung, Motorsteuerung, Geländetopologie.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Bachelorarbeit: Kraftregelung für die Flipper des mobilen Robotersystems Moebhiu²
Was ist das Thema der Bachelorarbeit?
Die Bachelorarbeit befasst sich mit der Konzeption und Implementierung einer Kraftregelung für die aktiven Flipper des mobilen Robotersystems Moebhiu². Ziel ist die Verbesserung der Traktion und Mobilität des Roboters in verschiedenen Geländetopologien.
Welche Ziele werden in der Arbeit verfolgt?
Die Hauptziele sind die Untersuchung verschiedener Kraftregelungsverfahren, die Auswahl eines geeigneten Verfahrens für das Moebhiu²-System, die Implementierung und die experimentelle Evaluierung des gewählten Verfahrens. Es wird auch die Echtzeitfähigkeit der Regelung und die dezentrale Regelung auf einzelnen Motorsteuerungen betrachtet.
Welche Kraftregelungsverfahren werden untersucht?
Die Arbeit untersucht verschiedene Kraftregelungsverfahren, darunter Impedanzregelung, Admittanzregelung, explizite Kraftregelung, kaskadierte Kraftregelung und adaptive Kraftregelung. Letztendlich wird die Impedanzregelung ausgewählt und implementiert.
Wie wird das ausgewählte Kraftregelungsverfahren evaluiert?
Die Evaluierung erfolgt durch Simulationen und experimentelle Tests am Prüfstand unter verschiedenen Bedingungen: Fahren auf einer Ebene mit Hindernissen, Fahren auf einer schiefen Ebene, und Fahren auf unregelmäßigen und regelmäßigen Wellenbahnen mit unterschiedlichen Frequenzen. Die empirische Dimensionierung der Regelparameter spielt dabei eine wichtige Rolle.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Mobile Robotersysteme, Kraftregelung, Impedanzregelung, Moebhiu², Traktion, Mobilität, Echtzeitfähigkeit, dezentrale Regelung, Motorsteuerung, Geländetopologie.
Wie ist die Arbeit strukturiert?
Die Arbeit gliedert sich in fünf Kapitel: Einleitung, Stand der Technik, Kraftregelung in der Robotik, Auswahl eines Kraftregelungsverfahrens und Auslegung und Evaluierung der Impedanzregelung. Jedes Kapitel behandelt einen spezifischen Aspekt des Themas, beginnend mit einer Einführung und dem Stand der Forschung, über die theoretischen Grundlagen der Kraftregelung bis hin zur Implementierung und Evaluierung der gewählten Regelung.
Was ist der Moebhiu²?
Der Moebhiu² ist ein mobiles Robotersystem, dessen aktive Flipper Gegenstand der Kraftregelung in dieser Arbeit sind. Der Aufbau des Systems wird im ersten Kapitel detailliert beschrieben.
Welche Ergebnisse werden präsentiert?
Die Arbeit präsentiert die Ergebnisse der Simulationen und experimentellen Tests der implementierten Impedanzregelung unter verschiedenen Bedingungen. Diese Ergebnisse zeigen die Effektivität der Regelung hinsichtlich der Verbesserung der Traktion und Mobilität des Moebhiu² in unterschiedlichen Geländetopologien.
- Quote paper
- Thomas Jordan (Author), 2011, Konzeption und Implementierung einer Kraftregelung für die aktiven Flipper des mobilen Robotersystems Moebhius, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/207561
