Modeling and control of multi-elastic-link robots under gravity

Abstract

Die Elastizität in den Armkörpern von Robotern und vergleichbaren Maschinen wird häufig als unerwünschter Effekt gesehen. Die Motivation der vorliegenden Arbeit entstammt einer dazu gegensätzlichen Sichtweise. Die Idee besteht darin, dem Roboter über die Ausnutzung der intrinsischen Nachgiebigkeit die Fähigkeit zur Wahrnehmung von Kontaktkräften zu verleihen und zugleich die Eigenmasse der gesamten Armstruktur zu reduzieren. Die zugrundeliegende Hypothese formuliert damit, dass die elastischen Eigenschaften der Armkörper nicht zwingend als Problem im Sinne einer Verschlechterung der Positioniergenauigkeit sowie einer Verlängerung von Ausregelzeiten gesehen werden müssen. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Schwingungsdämpfung und Endeffektor-Positionierung in Gegenwart von last- und konfigurationsabhängigen statischen Verbiegungen für einen mehrgliedrigen gliedelastischen Roboterarm. Die erarbeiteten theoretischen Konzepte werden durch ausgiebige experimentelle Ergebnisse untermauert. Daran anknüpfend demonstriert die Arbeit die praktische Realisierbarkeit der Detektion von Kontaktkräften mit dem mehrgliedrigen gliedelastischen Roboterarm unter Gravitationseinfluss. Die behandelten Szenarien umfassen unvorhergesehene beziehungsweise unbeabsichtigte Kollisionen, wie auch beabsichtigte Kontakte im Sinne einer physischen Mensch-Roboter-Interaktion.