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Optimale Steuerung von Robotern: Von der Fiktion zur Realität

Robotiksysteme (RS) sind spezialisierte Geräte, die dafür konzipiert sind, eine Vielzahl von Funktionen auszuführen, die normalerweise von Menschen bewerkstelligt werden. Das dynamische Verhalten solcher Systeme hängt von einer effektiven Steuerung ab, für die eine Reihe exakt definierter Parameter notwendig ist. Einer akademischen Einrichtung in Bulgarien ist jetzt die Entwicklung von effizienten Verfahren zur exakten Abschätzung dieser dynamischen Parameter gelungen - und damit die Entwicklung von Robotiksystemen mit einer robusten Steuerung.
Optimale Steuerung von Robotern: Von der Fiktion zur Realität
Der erste moderne Roboter, Ende der fünfziger Jahre entwickelt, war hauptsächlich für einfache industrielle Anwendungen wie z.B. zum Weiterbefördern von Bauelementen vorgesehen. Seitdem wurden Robotiksysteme immer weiter verbessert, und inzwischen sind sie in der Lage, wesentlich komplexere Aufgaben bis hin zu chirurgischen Eingriffen zu übernehmen. Damit solche komplizierten Aufgaben erfolgreich ausgeführt werden, muss das dynamische Verhalten dieser Roboter sorgfältig und exakt gesteuert werden.

Um eine optimale RS-Steuerung zu erreichen, muss ein Satz von Parametern exakt beschrieben werden, die das hoch komplizierte dynamische Verhalten des Systems bestimmen. Diese Aufgabe ist häufig nur sehr schwierig zu bewältigen und die richtige Bestimmung dieser dynamischen Parameter ist mit beträchtlichem Zeit- und Kostenaufwand verbunden. Um dieses Problem zu lösen, wurde nun ein neuer, umfassender Ansatz zur effektiven Simulation von RS-Steuerungsmechanismen verfolgt.

Bei diesem neuen Konzept wird das geforderte dynamische RS-Verhalten durch eine Serie von gesteuerten Ausgängen wiedergegeben, die durch Steuereingänge beeinflusst werden. Zusammen mit verschiedenen Schlüsselfaktoren, zu denen unter anderem Massenträgheit, Antrieb, Geschwindigkeit und Gravitation gehören, repräsentiert ein System von mathematischen Gleichungen das gesamte Parametermodell aus Eingangs-Ausgangs-Beziehungen. Das neue Konzept eignet sich sowohl zu exakten Parameterfestlegung als auch zur Entwicklung robuster Steuerungen.

Die Modelle wurden bereits an verschiedenen Robotiksystemen getestet, so z.B. an einem Roboter-Manipulator, mobilen Robotern (mit Rädern, mit Beinen und für den Unterwassereinsatz) und einem zweibeinigen Roboter. Diese Systeme waren mit unterschiedlichen Aktoren ausgestattet, darunter elektrischen Motoren, elektrohydraulischen Zylindern und künstlichen Muskeln. Die neuen Verfahren zeichnen nicht nur sich durch Einfachheit und Bedienerfreundlichkeit aus, sondern führen auch zu einer erheblichen Verringerung der Fehlerquote und ermöglichen neben einer Steigerung der Genauigkeit auch eine Minimierung des Zeit- und Kostenaufwands.

Darüber hinaus eignet sich dieses Konzept zur Auswahl der am besten geeigneten Kompromisse zwischen Aufwand und Kosten bei der Lösung der Probleme, die mit der voll dynamischen Simulation verbunden sind. Es leistet nicht nur einen Beitrag zur exakten Parameterbestimmung und zur optimalen Auslegung von Steuerungen, sondern auch zur Optimierung vieler anderer Probleme im Zusammenhang mit dem Verhalten von Robotiksystemen. Das Institut ist auf der Suche nach Partnern, die die Weiterentwicklung dieser Verfahren unterstützen möchten.

Verwandte Informationen

Datensatznummer: 80725 / Zuletzt geändert am: 2005-09-18
Bereich: IT, Telekommunikation