Kinematic accuracy and self-calibration of an object integrative handling system

• Kinematische Genauigkeit und Selbstkalibrierungeines Objekt-integrativen Handhabungssystems

Detert, Tim; Corves, Burkhard (Thesis advisor); Schmitt, Robert Heinrich (Thesis advisor)

1. Auflage. - Aachen : Apprimus Verlag (2018)
Buch, Doktorarbeit

In: Apprimus Edition Wissenschaft
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (118, xxiii Seiten) : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Kurzfassung

Die kooperierende Handhabung starrer Objekte mit Industrierobotern stellt, wegen der entstehenden Antriebsredundanz, eine herausfordernde Konfiguration für die Steuerung kooperierender Roboter dar. In einer solchen Konfiguration ist das Objekt mit mehreren Robotern verbunden und in die kinematische Struktur integriert, was zur Antriebsredundanz führt. Ungenauigkeiten der Roboter und Objekttoleranzen führen zu Abweichungen der Greifpunkte auf dem Objekt, die nicht präzise ermittelt werden können. Diese Abweichungen des kinematischen Modells vom realen System werden durch Kopplungseffekte verstärkt. Dies führt zu einer unzureichenden Positionierung des Objekts und verursacht innere Spannungen der Gesamtstruktur. Das in dieser Dissertation untersuchte PARAGRIP Handhabungssystem ist ein aktuelles Beispiel für diese Objektintegration. Aktuell gibt es weder Steuerungs- noch Kalibrierungsansätze, die auf eine Identifikation der unbekannten Greifpunkte abzielen. In dieser Dissertation wurde ein Verfahren für die kinematische Kalibrierung der robotischen PARAGRIP Arme und ein Verfahren für die Selbstkalibrierung des objektintegrativen Handhabungssystems entwickelt, um die tatsächlichen Greifpunkte auf dem Objekt zu identifizieren. Die kinematische Kalibrierung wurde für ein mathematisch effizientes serielles und ein hybrides kinematisches Model untersucht und für beide Fälle um die Kompensation der Schwerkrafteinflüsse ergänzt. Verschiedene Messpunkte und das Optimierungsresiduum wurden untersucht und die eingeschränkte Absolutgenauigkeit der PARAGRIP Arme konnte basierend auf den Forschungsergebnissen signifikant gesteigert werden. Durch die Erweiterung der Matrix-Struktur-Analyse wurde ein neuer Ansatz zur Steifigkeitsmodellierung umgesetzt, der die automatische Berechnung beliebiger kinematischer Strukturen und die Kompensation der Verformungen durch die Schwerkraft für die kinematische Kalibrierung ermöglicht. Basierend auf der Kombination der direkten und inversen Kinematik wurde eine neue Methode zur Selbstkalibrierung des objektintegrativen Handhabungssystems entwickelt. Die redundanten Sensorinformationen der kooperierenden Roboter werden ausgewertet, um die tatsächlichen Greifpunkte am integrierten Objekt zu identifizieren, die Systemgenauigkeit zu erhöhen und so den Einfluss der Kopplungseffekte einzuschränken. Die implementierte Methode wurde simulativ verifiziert und die Sensitivitäten und die Einflussfaktoren wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die verfügbaren redundanten Sensorinformationen von objektintegrativen Handhabungssystemen genutzt werden können, um die tatsächlichen Greifpunkte auf dem Objekt zu identifizieren und inhärente Ungenauigkeiten automatisch zu kompensieren. Die Anwendung der Selbstkalibrierung für objektintegrative Handhabungssysteme erlaubt eine einfache und effiziente Rekonfiguration und Kalibrierung ohne zusätzliche Messtechnik. Dies eröffnet die Möglichkeit die Fähigkeiten kooperierender Roboter zu erweitern und reduziert die Notwendigkeit komplexer Robotersteuerungen. Die neuen Erkenntnisse, die im Rahmen dieser Dissertation für das PARAGRIP Handhabungssystem erarbeitet wurden, können für jedes objektintegrative Handhabungssystem, insbesondere für kooperierende Industrieroboter, verallgemeinert werden.

Einrichtungen

• Lehrstuhl und Institut für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik [411910]