Industrielle Robotik

Tanz der Roboter (Hannover Messe)

Arne am 12.04.2013 um 17:40 Uhr - zum Artikel

Robot Porn auf der Hannover Messe 2013. KUKA Robotics zeigt an seinem Stand eine spektakuläre Show für Roboter-Fans. Mehrere Roboter wirbeln durcheinander, große Roboter tragen sich bewegende kleinere Roboter und machen dabei mächtig was her:

Spektakuläre Show von KUKA Robotics auf der Hannover Messe 2013
Spektakuläre Show von KUKA Robotics auf der Hannover Messe 2013Spektakuläre Show von KUKA Robotics auf der Hannover Messe 2013

European Robotics Forum und INNOROBO 2013

Arne am 24.03.2013 um 13:31 Uhr - zum Artikel

Gerade komme ich zurück vom letztwöchigen European Robotics Forum 2013 (ERF), eine faszinierende Veranstaltung rund um die europäische Robotik. Faszinierend wegen ihrer Mischung aus Politik, Industrie und wissenschaftlichen Beiträgen, und dabei auch getragen von anwesenden Personen, die zu den prominenten Vertretern der europäischen Robotik zählten.

Dass auf dem Forum zusammen mit den dortigen Anhörigen die Strategic Research Agenda für die Robotik-Forschung in den EU der nächsten Jahre mitentwickelt wird, gibt dem zusätzliches Gewicht. In Workshops knien CTOs großer europäischer Robotik-Unternehmen, Robotik-Wissenschaftler und Leiter von Forschungsinstituten gemeinsam um Poster herum, um über zukünftig wichtige Themen und deren Priorisierung zu debattieren. Der Entstehung der (inhaltlichen und politischen) Richtungsentscheidungen der nächsten Jahre in der europäischen Robotik zuzusehen und mitzubekommen, dass dies in einem durchaus konstruktiven Austausch zwischen Industrie und Wissenschaft geschieht, ist eigentlich recht beruhigend.

Wer sich für die strategische Ausrichtung der Robotik, deren zukünftige Themenfelder und Prioritäten, sowie vor allem für die industrielle und akademische Sicht darauf interessiert, für den ist das ERF vermutlich die lohnendste öffentliche Veranstaltung in Europa.

Ich habe viel mit anderen Robotikern sprechen können, Herrn Marsiske vom Heise-Verlag habe ich aber leider verpasst. Der war vor Ort und hat mehrfach über das ERF und die angegliederte Robotik-Messe INNOROBO berichtet:

Ein paar Bilder von der Innorobo-Messe (Ich bitte, die Qualität zu entschuldigen, ich hatte nur meine Handykamera dabei):

AmphiBot, der sich an Land wie ein Salamander fortbewegt ...AmphiBot, der sich an Land wie ein Salamander fortbewegt ...
... und im Wasser wie eine Schlange.... und im Wasser wie eine Schlange.
Roboter mit verbesserter GeländegängigkeitRoboter mit verbesserter Geländegängigkeit
iCub greift nach einem BalliCub greift nach einem Ball
Dre BioLoid-Stand mit Humanoiden und Hexapod-RoboternDre BioLoid-Stand mit Humanoiden und Hexapod-Robotern

Elastische Roboterarmkörper – Fluch oder Segen?

Jörn am 10.02.2013 um 16:57 Uhr - zum Artikel

Die Vermeidung unerwünschter elastischer Effekte stellt eine große Herausforderung bei der Konstruktion von Robotern dar. Sie erschweren die präzise Positionierung des Roboterarms aufgrund statischer lastabhängiger Verbiegungen und schwingen nach jeder Bewegung nach. Vergleichbare Beispiele, bei denen Elastizitäten meist unerwünscht sind, finden wir fernab der Robotik bei Baumaschinen, wie Auto-Betonpumpen, Hubwagen aber auch Feuerwehrdrehleitern.

Wie wäre es, wenn auf die Steifigkeit bei der Auslegung einer Maschine weniger Wert gelegt werden müsste, da den damit einhergehenden unerwünschten Effekten mit regelungstechnischem Mitteln begegnet werden kann? Mechanische Strukturen könnten mit schlicht weniger Material leichter gebaut werden. Infolge dessen ließen sich Antriebe kleiner dimensionieren und hätten einen geringeren Energiebedarf.

Dieser Gedanke ist genau die Idee hinter dem Forschungsthema, dass ich bearbeite. Im Rahmen des Forschungsthemas haben wir den nachfolgend dargestellten gliedelastischen Roboterarm TUDOR als Experimentalsystem entwickelt.

Das gliedelastische Experimentalsystem TUDORDas gliedelastische Experimentalsystem TUDOR

Er wird von drei bürstenlosen Gleichstrommotoren angetrieben und besitzt zwei Federstahlbalken als elastische Armkörper. Bei einer typischen Punkt-zu-Punkt-Bewegung der Antriebe treten Schwingungsamplituden von bis zu 10 cm auf.

Auf den Roboter-Konferenzen dieser Welt werden aktuell viele Beiträge zu Robotern mit elastischen Komponenten vorgestellt. Die elastischen Komponenten werden meist in die Robotergelenke integriert. Ein sehr heißes Thema sind vor allem Gelenke, bei denen sich die elastischen Eigenschaften der Komponenten aktiv variieren lassen. Die Elastizitäten bewirken, dass die aufgrund der hohen Getriebeübersetzung üblicher Roboterarme sehr großen Trägheitsmomente der Antriebe von den Trägheitsmomenten des übrigen Arms entkoppelt werden. Das bedeutet, dass im Falle eines physischen Kontakts mit dem Roboter der Interaktionspartner eine geringere Trägheit des Armes "sieht". Damit kann beispielsweise eine Verringerung des Gefährdungspotenzials des Roboters erzielt werden. Auf der anderen Seite speichern die Elastizitäten zusätzliche Energie, die im Falle eine Kollision freigesetzt und wiederum ein erhöhtes Gefahrenpotential (Peitscheneffekt) zur Folge haben kann. Häufig werden Elastizitäten eingesetzt, um dem Roboter zu natürlicheren und auch dynamischen Bewegungen zu verhelfen. Es ist festzuhalten, dass durch eine geeignete Regelung gezielt eingesetzte elastische Komponenten zahlreiche Möglichkeiten eröffnen.

Aus regelungstechnischer Sicht sind die elastischen Eigenschaften in den Robotergelenken am einfachsten zu beherrschen. Hier ist die Elastizität entlang der Wirkachse der Antriebe konzentriert. Überwiegt die Elastizität in den Roboter Armkörpern, so sind die elastischen Eigenschaften entlang der Armkörper und senkrecht zur Wirkachse der Antriebe verteilt. Die dadurch entstehenden Laufzeiteffekte erschweren eine Regelung des Roboterarms. Dies mag der Grund sein, aus dem derzeit vorwiegend Arbeiten zu gelenkelastischen Roboterarmen publiziert werden.

Mit TUDOR hat uns zunächst die Frage interessiert, ob wir mit einem gliedelastischen Roboterarm trotz der Schwingungen und last- und konfigurationsabhängigen variablen Verbiegungen eine zielgerichtete Aufgabe präzise in geforderter Zeit erledigen können. Als Demonstration hierzu haben wir uns, wie im nachfolgenden Bild dargestellt, das Fangen eines Balles ausgedacht.

Ballfangen-SzenarioBallfangen-Szenario

Ein menschlicher Werfer wirft den Ball in Richtung des Roboters. Die Flugbahn wird mittels einer Kinect-Kamera ermittelt und der Durchstoßpunkt der Flugbahn mit der Bewegungsebene des Roboters berechnet. Bevor der Ball am Roboter vorbei fliegt, bewegt der Roboter ein am Armende montiertes Netz dorthin und fängt den Ball damit auf. Das Resultat haben wir im nachfolgenden Video zusammengefasst:

A multi-link-flexible robot arm catching thrown softballs.

Sofern die Schwingungen regelungstechnisch unterdrückt und Abweichungen aufgrund statischer Verbiegungen kompensiert werden können, ließen sich in manchen Anwendungen diese elastischen Eigenschaften vielleicht nicht mehr nur als Problem verstehen. Vielmehr könnten elastische Eigenschaften vielleicht auch ausgenutzt werden, um beispielsweise Kontaktsituationen zu erkennen und darauf zu reagieren. Mit aktiv geregelten moderat gelenkelastischen Roboterarmen wurde dies ja bereits eindrucksvoll gezeigt.

Bezüglich gliedelastischer Roboter ist die Dämpfung auftretender Schwingungen bislang noch das dominierende Thema in Publikationen.

In den vergangenen Tagen konnten wir hier womöglich einen ersten Schritt über die reine Schwingungsdämpfung hinaus machen. Basierend auf einer Kraftregelung ist es uns gelungen ein Regelungskonzept zu entwickeln, bei dem wir die Schwingungen der mechanischen Struktur eines Roboterarms unterdrücken und zugleich die Nachgiebigkeit aktiv beeinflussen können. Einige Experimente dazu haben wir in nachfolgendem Video festgehalten:

Video zur Kraftregelung eines gliedelastischen Roboterarms

In dem Regelungskonzept wird die Information über die auf die Robterarme einwirkenden Kräfte mittels Dehnungsmessstreifen erfasst und individuell auf die Antriebsregler zurückgeführt. Auf diese Weise werden Schwingungen in der Armstruktur unterdrückt obgleich sie von der Gelenkbewegung oder der Interaktion mit der Umgebung herrühren. Zusätzlich lässt sich die Nachgiebigkeit des Roboterarms derart beeinflussen, dass wir mit sehr wenig Kraft den Roboterarm aus seiner aktuellen Position schieben können und die Wahrscheinlichkeit fragile Objekte bei einer unvorhergesehnen Kollision zu zerbrechen deutlich reduziert wird.

Also: elastische Roboterarmkörper - Fluch oder Segen? Trotz dieser Experimente sind noch zahlreiche Herausforderungen zu meistern und fragen zu beantworten. Dennoch scheint es mir, als schlummertem in den Elastizitäten der Armkörper nicht nur Probleme, sondern auch Potenziale.

Ich freue mich darauf zu sehen, wo die Reise noch hinführen wird.

Glückwunsch zu fünf Jahren ROS

Arne am 03.12.2012 um 23:22 Uhr - zum Artikel

Die Robotik-Softwareschmiede Willow Garage feiert das Fünfjährige ihres open-source Robot Operating System (ROS) mit diesem coolen Artikel und diesem coolen Video:

ROS: Five Years

Der Artikel zeigt beeindruckend, welche Verbreitung ROS in den letzten fünf Jahren in der wissenschaftlichen Robotiklandschaft erhalten hat, zum Beispiel die Anzahl der offiziell unterstützten Roboter (beeindruckende achtundzwanzig), womit es unter den sonst in der Robotik häufigen Einzellösungen positiv hervorsticht.

Und das alles frei verfügbar unter der BSD-Lizenz!

Glückwunsch! Und alles Gute für die nächsten fünf Jahre.

Kommentar zu: „Roboter im echten Leben“

Arne am 23.11.2012 um 21:08 Uhr - zum Artikel

Nebenan bei Robonews schrieb man vorgestern über Roboter im “echten Leben” – Roboter in Fukushima und versucht, Beispiele für Roboter im „echten Leben“, also für den Einsatz in realer Umgebung, zu geben. Die Idee ist gut, aber die genannten Beispiele können die Überschrift gerade nicht stützen. Ich hatte begonnen, einen Kommentar zu dem Blogartikel zu schreiben. Der Kommentar wurde aber immer länger und ausführlicher, weswegen ich ihn jetzt hier aufschreibe.

Industrieroboter, die dort als Beispiel genannt werden, funktionieren nämlich in der Regel für eine einzelne Aufgabe, in streng strukturierter, abgesperrter und unveränderlicher Umgebung. Und die Bilder des Roboters, der womöglich in Fukushima zum Einsatz kommen soll, sind wohl nicht umsonst alle in einer Halle mit künstlich gebauten und vorher bekannten Hindernissen entstanden.

Wie wenig das mit der echten, harten Realität zu tun hat, deutet sich bei Betrachtung der Reaktionen auf Fukushima an: über Wochen ist dort nämlich zum Erstaunen der breiten Öffentlichkeit kein Roboter zum Einsatz gekommen. Bis die Japaner einen Monat nach dem Unglück mit dem geliehenen amerikanischen Militärroboter PackBot immerhin ein paar Messungen von innerhalb der Reaktorgebäude bekommen konnten. (Ein Umstand, der einen gehörigen Einfluss auf die öffentliche Wahrnehmung der japanischen Robotik in der eigenen Bevölkerung hatte)

Bilder von PackBot aus dem Innern von Fukushima

Roboter im echten Leben müssen nämlich nicht nur mit ein paar Holztreppen in gut ausgeleuchteter Umgebung zurechtkommen, wie es die Bilder im oben genannten Artikel zeigen, sondern die Realität ist viel brutaler: Plötzlich ist überall Schutt und Wasser, die Temperaturen liegen weit jenseits üblicher Werte, so dass jegliche Standardelektronik versagt. Sensoren versagen, da alles dunkel, nass und dreckig ist. Der Funkkontakt zum Roboter bricht aufgrund der radioaktiven Strahlung ab, usw. …

Dass Roboter außerhalb ihrer Laborumgebung zurechtkommen, müssen sie auch an echten Problemen zeigen, wenn diese auftreten. Hübsche Bilder von Robotern auf Holztreppen Monate nach einer Katastrophe zu zeigen, oder zwei Jahre nach dem Auftreten des Problems einen Roboter dafür konstruiert zu haben, ist kein guter Hinweis für die Einsatzfähigkeit und Robustheit, die für den Einsatz in der Realität außerhalb von Laboren notwendig ist.

Das Problem ist auf ungefähr allen Ebenen unglaublich schwierig. Und gerade deshalb muss man mit Aussagen vorsichtig umgehen, dieses Problem habe man im Griff.

ICRA 2012

Arne am 16.05.2012 um 00:25 Uhr - zum Artikel

Anhänger für ICRA-BesucherAnhänger für ICRA-Besucher

Die International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2012 hat begonnen. Wie jedes Jahr trifft sich hier eine vierstellige Anzahl Robotik-Wissenschaftler der ganzen Welt, um aktuelle Forschung vorzustellen und zu diskutieren.

Und den kleinen Kumpel oben im Bild bekommen haben ich sowie alle Gäste der ICRA in diesem Jahr zur Begrüßung geschenkt bekommen. Wie geschaffen für ein Robotik-Blog mit dem Namen „botzeit“

Um der Konferenz zu folgen, empfehle ich wie immer Planet Robotics, sowie für den Livestream die Twitter-Hashtags #ICRA und #ICRA12.

Simulation des Bionischen Handling-Assistenten

Arne am 17.04.2012 um 11:27 Uhr - zum Artikel

Im April 2010 wurde der Bionische Handling-Assistent (BHA) von Festo auf der Hannover Messe der Öffent­lich­keit vorgestellt. In den fol­gen­den Mona­ten sah dieser bio­lo­gisch inspirierte Roboter­arm zu recht eine große Medien­präsenz und wurde mit zahl­reichen Prei­sen, unter anderem dem Deutschen Forschungspreis 2010, aus­ge­zeich­net. Im Februar 2011 bekamen wir dann unseren eigenen BHA, voller Vor­freude, denn wir wussten, dass niemand bislang mit dem BHA tun konnte, was wir mit ihm vor­hat­ten: ihn zu kon­trol­lieren. [1]

Die Struktur und Funk­tions­weise des BHA ist inspi­riert von einem Elefan­ten­rüs­sel, wie in fol­gen­der Ab­bildung un­schwer zu erken­nen ist. Der Arm wird im Sinne des Rapid Proto­typings im 3D-Drucker gedruckt. Als Material wird Polyamid ver­wen­det, wodurch der gesamte Arm leicht-gewich­tig und durch­gängig ver­form­bar wird: Im Wesent­lichen besteht der BHA also aus Plastik und einer Menge Luft. Bewegt wird der Arm von drei­zehn pneu­ma­ti­schen Ven­tilen, die die drei­zehn Kammern des Robo­ters mit Luft füllen oder ent­leeren. Dies wiederum verbiegt, beugt und streckt die kom­plet­te Struktur.

Von einem Elefantenrüssel inspiriertVon einem Elefantenrüssel inspiriert

Festo hat mit dem BHA die Vision eines leichten, frei­beweg­lichen Dritte-Hand-Systems, das den Men­schen bei seiner Arbeit unter­stützen kann. Dank seiner struk­tu­rel­len Nach­giebig­keit (Compliance) ist der Arm im Kontakt mit Menschen und seiner Umgebung natur­gemäß sicher, was die Mög­lich­keiten von direkter Zu­sam­men­arbeit von Mensch und Roboter eröffnet. In in­dustriel­lem Kontext kann der BHA in Fertigungs­pro­zes­sen ein­ge­setzt werden, z.B. um mit empfind­lichen Gütern wie z.B. Lebens­mit­teln zu arbeiten.

Als wir uns ent­schlos­sen haben, Festos Bio­nischen Handling-Assisten­ten zu erwer­ben, wussten wir, dass wenige der klas­si­schen und bekannten Ver­fahren mit diesem Roboter funktio­nie­ren würden. Trotz­dem war über­raschend, dass der Roboter ohne jeg­liche Software aus­ge­lie­fert wurde.

Keine Software.

Nichts.

Noch bis vor einem Jahr konnten wir mit dem BHA nicht viel mehr tun, als von Hand die pneu­ma­ti­schen Ven­tile zu öffnen und zu schließen, um damit entweder vol­len Druck oder gar keinen Druck in die Kam­mern zu geben. Auch damit waren die Be­we­gun­gen des Robo­ters absolut fas­zi­nie­rend und wir hatten großen Spaß, aber ernst­hafte An­wen­dungen waren damit natür­lich noch nicht möglich. Wie von Festo zugesagt, bekamen wir dann vor fast genau einem Jahr elektro­nische Ventile, mit denen wir (mehr oder weniger präzise) den Druck in den Kammern auto­ma­tisch vor­geben konnten. Nicht mehr und nicht weniger: den Druck kon­trol­lie­ren.

Um es einmal vorsichtig zu sagen: Der Schritt von dieser Druck­re­ge­lung zu einer ernst­haften An­wendung mit dem BHA ist groß!

Das tat­säch­liche Werkzeug, dass man mit dem BHA kon­trol­lieren will, ist der so­ge­nan­nte Fin Gripper am Ende des Arms. Diesen Greifer zu al­ler­dings genau zu po­si­tio­nie­ren setzt zu­al­ler­erst voraus, die Postur des Arms prä­zise bestimmen zu können. Den Druck in den ein­zel­nen Kam­mern zu kennen, reicht dafür bei weitem nicht aus; dass dies zum Scheitern ver­ur­teilt sein würde, diese Er­fah­rung hatten wir bereits mir anderen Robo­tik­platt­for­men gemacht: Zehn Mal den gleichen Druck auf einen pneu­ma­ti­schen Roboter zu geben, ergibt im Regel­fall zehn ver­schie­dene Posturen des Robo­ters. Reibung, Reibung, Hyste­rese-Effekte und Nicht-Stationaritäten ver­ändern das Ergeb­nis von Mal zu Mal.

Die kinematische Struktur des BHADie kinematische Struktur des BHA

Um diesen Problemen zu begegnen, besitzt der BHA Längen­sen­soren (Kabel-Poten­tio­meter), um an der Außen­seite des Arms die Streckung der einzel­nen Kam­mern zu messen (siehe obige Abbildung). Natür­lich wollten wir diese Länge nicht nur kennen, sondern auch kontrol­lieren können. Das ist theore­tisch mit klas­si­scher (PID-)Regel­technik möglich, aber funktio­niert auf diese Weise nur sehr schlecht. Um dieses Ver­hal­ten zu verbes­sern, könnte man nun ver­suchen, all das Wissen über den BHA in eine aus­ge­feil­tere Regelungs­technik zu stecken. Wenn man dieses Wissen bloß hätte …

Eine kurze Liste von Dingen, die man über den BHA nicht weiß:

  1. Das präzise Verhältnis zwischen Druck in den Kammern und der geo­me­trischen Postur im Ruhe­punkt (im Equi­li­brium)

  2. Jegliche Art von Dynamik (nicht nur der Pneu­ma­tik selbst, sondern auch des sehr viel lang­sa­me­ren Zusam­men­spiels zwischen der Pneu­matik und Geo­me­trie)

  3. Welche Länge des Arms bzw. der einzelnen Kam­mern ist über­haupt mög­lich? Wo liegen die Gren­zen?

  4. Und nicht zuletzt: Wie genau ist das Zusam­men­spiel der obigen Aspekte zwi­schen den einzel­nen Kam­mern. Denn: Es be­steht ein starker Zusam­men­hang!

Alles zusammen eine große Heraus­for­de­rung … aber nicht un­mög­lich. An­ge­nom­men also, die Länge des Aktu­a­tors lässt sich mes­sen und kontrol­lieren. Um nun die End­ef­fektor-Posi­tion (die Posi­tion des Greifers) zu kon­trol­lieren … muss man die aktu­el­le End­ef­fek­tor-Posi­tion kennen!

Die Endeffektor-Position anhand der Geo­metrie des Robo­ters und der Stel­lung der Aktua­toren zu er­rech­nen, nennt sich Vor­wärts-Kine­ma­tik und ist für handels­übliche Robo­ter kein großes Pro­blem, son­dern ein­fache Tri­go­no­metrie. Der BHA gehört allerdings zu einer anderen Klasse von Morpho­lo­gien, genannt Conti­nuum Kine­ma­tics (also in etwa: konti­nu­ier­liche Kine­ma­tik). Dank seiner mecha­ni­schen Flexi­bi­li­tät besitzt dieser Robo­ter­arm unend­lich viele Frei­heits­grade, da jeder Bereich des Robo­ters unter­schied­lich gebo­gen und ge­streckt sein kann. Unend­lich viele Frei­heits­grade kön­nen weder mit Sen­so­ren ge­mes­sen noch berech­net werden.

Als wir unsere Arbeit mit dem BHA be­gon­nen haben, planten wir nicht, die kom­pli­zier­te Kine­ma­tik des BHA zu simu­lie­ren. Da wir uns im Kontext des BHA haupt­säch­lich mit Maschi­nel­lem Ler­nen be­schäfti­gen, wollten wir die End­ef­fek­tor-Posi­tion schlicht messen, um sie be­nut­zen zu können (tun wir auch). Dass wir trotzdem eine Simu­la­tion benö­ti­gen würden, stellte sich heraus, als wir Schwierig­kei­ten in der Vi­suali­sie­rung bekamen. Wir wollten nämlich dar­stel­len, wie die räum­lichen Koor­di­na­ten mit den Be­we­gun­gen des BHA zu­sam­men­hän­gen.

Da Visualisierung Kenntnis der Kinematik voraus­setzt, began­nen wir, sie an­zu­nähern. Selbst wenn sich die Beugung und Streckung von unend­lich vielen Frei­heits­graden nicht berech­nen lässt, so lassen sich doch durch die Längen­senso­ren einige An­nah­men zur Beugung des Arms tref­fen. Die einfach­ste Art der Beugung ist eine kreis­förmige; im drei-dimen­sio­nalen Fall ent­spricht dies einem Torus:

Torus-Modell zur Annäherung der Beugung des BHATorus-Modell zur Annäherung der Beugung des BHA

Das Bild zeigt, wie sich ein Segment mit drei Aktua­toren (in der Ab­bil­dung als graue Röhren dar­ge­stellt) entlang eines Torus verbiegt. Diese Geometrie kann mit drei Parametern beschrieben werden: zwei Winkel (in der Abbildung blau dargestellt) und der Radius des Torus (in der Abbildung rot). Diese drei Parameter können anhand der gemessenen Längen an der Außenseite der BHA-Segmente rekonstruiert werden. Sobald diese Parameter bestimmt sind, ist das Berechnen der Vorwärtskinematik und damit die Bestimmung der Endeffektor-Position (also der Position des Greifers) einfach. Ein Problem tritt lediglich im Grenzfall auf, wenn alle Längen gleich sind, wenn also alle Kammern gleich gestreckt sind. Diese Verformung kann durch einen Torus nicht dargestellt werden, obwohl der BHA zu solch einer Bewegung in der Lage ist. Auch für dieses Problem ließ sich allerdings eine einfache, numerisch stabile Lösung finden. Der BHA lässt sich somit durch Aufeinandersetzen dreier solcher Segmente darstellen und simulieren.

Die gezeigten Torusdeformationen sind sehr einfache Annäherungen des Arms im Vergleich zu kom­plexen Physik des Ver­for­mungs-Pro­blems. Üblicherweise ist diese Art von Annäherung daher nicht hinreichend für diese Art von Robotern (siehe z.B. Trivedi 2008 [2] ). Nicht jedoch für den BHA: Hier funktioniert die beschriebene Lösung sehr gut, in unseren Tests sehen wir einen durchschnittlichen Fehler von 1cm auf einer Länge von 1m. Nicht perfekt, aber absolut ausreichend für unsere Zwecke und außerdem durchaus konkurrenzfähig zu Lösungen in der Literatur.

Das folgende Video zeigt das simulierte Modell und unseren BHA:

BHA-Simulation

Der große Vorteil des benutzten einfachen Torus-Modells ist seine Geschwindigkeit in der Berechnung. Unsere Software-Bibliothek ist auf Basis dieses Modells in der Lage, die Vorwärtskinematik des BHA auf einem einzelnen CPU-Kern mehrere zehntausend Mal in der Sekunde zu berechnen. Auch wenn wir diese Simulation ursprünglich nicht geplant hatten, ist sie damit mittlerweile eine essentielles Werkzeug bei unserer Arbeit mit dem BHA geworden. Die interessanten Dinge machen wir weiterhin auch auf der echten Hardware, aber parallel lassen sich nun viele Dinge bequem vorberechnen und darstellen.

Die Kinematik-Simulation ist in C++ implementiert und als Open-Source-Bibliothek verfügbar. Über die folgende Seite kann sie heruntergeladen werden und enthält sowohl die Vorwärtskinematik als auch die gezeigte OpenGL-basierte 3D-Visualisierung: http://www.cor-lab.de/software-continuum-kinematics-simulation Wir freuen uns über Benutzer und Erfahrungsberichte.

Der folgende einfache Code-Schnipsel berechnet zum Beispiel die Vorwärtskinematik des BHA:

// create robot morphology with segment radii 0.1, 0.09 and 0.08 meters ContinuumRobotKinematics kinematics(RealVector(0.1, 0.09, 0.08)); // specify an end effector offset kinematics.setEndEffectorOffset(RealVector(0.0, 0.0, 0.14)); // this is the forward kinematics function: Mapping<RealVector,RealVector> fwdKin = kinematics.getForwardPositionKinematics(); // try out some posture (a combination of actuator lengths) RealVector posture = {0.2,0.24,0.24,0.2,0.24,0.24,0.2,0.24,0.24}; // this is the resulting end-effector position RealVector position = fwdKin(posture); // [-0.3808, 0, 0.686287]

Neben der in diesem Artikel beschriebenen Kinematik-Berechnung und Simulation des BHA, haben wir in den letzten Monaten noch viele weitere spannende Dinge mit dem BHA gemacht, die wir auf der Automatica-Messe im Mai in München zeigen werden: Um zu sehen wie wir trotz der zahlreichen obigen Probleme mithilfe maschineller Lernmethoden den Greifer auf dem echten BHA im Arbeitsraum zu kontrollieren gelernt haben, lohnt sich also ein Besuch unseres Standes auf der Automatica in München: Stand 427 und 429 in Halle B3, vom 22. bis 25. Mai.

Kontakt:

1
„Kontrollieren“ im regelungstechnischen Sinne. Hier also gemeint: Regeln der Endeffektor-Position.
2
Geometrically Exact Models for Soft Robotic Manipulators

Matthias Rolf ist Wissenschaftler am Re­search In­sti­tute for Cog­nition and Ro­bo­tics an der Universität Bielefeld. Sein Hauptinteresse in der Forschung ist *Motor Learn­ing in Develop­men­tal Robotics.

Intelligente-Systeme-Spitzencluster „it`s owl“ hat gewonnen

Arne am 19.01.2012 um 22:24 Uhr - zum Artikel

Seit heute steht fest: Der Spitzen­cluster [1] „Intel­li­gen­te Tech­ni­sche Sys­te­me“ aus Ost­west­fa­len-Lip­pe hat den Spit­zen­clus­ter-Wett­be­werb ge­won­nen und damit einen Spit­­zen­­clus­­ter zur Ro­bot­ik und Automatisierung ge­win­nen las­sen.

Spitzencluster „it`s owl“Spitzencluster „it`s owl“

Dazu werden über die nächsten Jah­re 40 Mil­lio­nen Euro für 45 Forschungs­pro­jek­te in den Spit­zen­clus­ter flie­ßen, um einen „Inno­va­tions­sprung von der Me­cha­nik zu In­tel­li­gen­ten Tech­ni­schen Sys­te­men“ zu machen.

Die Liste der Partner in dem Spit­zen­clus­ter liest sich durch­aus stattlich und mit der Uni­ver­si­tät Bie­le­feld, dem CoR-Lab und dem CITEC, ist die Robotik stark ver­tre­ten. Die Themen Mensch-Maschine-Inter­aktion und Intel­ligen­te Sen­soren im Projektplan sind dann auch klas­si­sche The­men der Robotik­for­schung.

Ich freu mich! Auf die Projekte, die da kommen werden.

Disclaimer: Ich studiere an der Uni­ver­si­tät Biele­feld und arbeite für das CoR-Lab.

1
Spitzencluster – nicht zu verwechseln mit Exzellenzcluster.