Eine robuste und flexible Positionssteuerung bei mobilen Robotern
Mikrosysteme und Nanotechnologie durchlaufen eine sehr schnelle Entwicklung und finden wichtige Anwendungsbereiche auf Gebieten wie der Automobilindustrie, Medizin, Biotechnologie, Telekommunikation sowie Verbraucherelektronik, um nur einige zu nennen. Einer der wichtigsten Parameter für die weitere Verbreitung dieser Technologien ist die Verfügbarkeit von geeigneten Betriebsinstrumenten. Infolge dessen erbrachte das MICRON-Projekt den Prototyp eines Steuerungssystems mit mehreren Mikrorobotern zur Bearbeitung von mikrometergroßen und mesoskopischen Gegenständen mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich. Dieses System ist eine Ansammlung kleiner mobiler Roboter, die autonom zusammenarbeiten, um komplizierte Aufgaben wie die Bearbeitung von biologischen Zellen und die Montage von Mikroteilen zu erfüllen. Mit der Entwicklung des Prototypensystems im Mittelpunkt, entstanden aus dem Projekt mehrere Produkt- und Verfahrensneuerungen wie ein robustes und flexibles Positionssteuerungssystem. Die hohe Komplexität der zu erfüllenden Aufgaben erfordert eine effektive und anpassungsfähige Steuerung des dynamischen Verhaltens der verwendeten Roboter. Daher befasste man sich mit verschiedenen Problemen wie dem völlig verschiedenen Bewegungsverhalten von unterschiedlichen, in dem System eingesetzten, Robotern. Die Größe und die Antriebsbeherrschung hinsichtlich verschiedener mechanischer Freiheitsgrade können zwischen den Robotern ebenfalls unterschiedlich sein. Die hohe Komplexität der zugewiesenen Aufgaben kann leicht zu veränderten Bedingungen und unterschiedlichen Zeitparametern führen. Zudem kann es aufgrund der Nichtlinearität der Roboterbewegungen bei hohen Geschwindigkeiten für piezobetriebene Roboter zu einer chaotischen Situation kommen. Die verhinderte gleichzeitige Funktion zweier Regelungskreise mit geschlossener Rückführung stellt eine weitere Einschränkung dar. Dies liegt hauptsächlich an der Navigation auf Grundlage der genutzten aktionsbasierten Umfeldmodellierung (AEM - Action-based Environment Modelling), die von der Betriebsart abhängig ist. Unter Berücksichtigung all dieser Fragen übernahm man im Rahmen des MICRON-Projekts einen zweistufigen Ansatz für die zuverlässige Positionssteuerung. Dieser besteht aus einem Antrieb in einer offenen Schleife, um Nichtlinearitäten sowie die Unterschiede zwischen den Robotern auszugleichen. Auf einer höheren Ebene beruhte schließlich ein Steuerelement mit geschlossenem Regelungskreis auf einem fast linearisierten Antrieb und gleicht die restliche Abweichung aus. Weitere Informationen erhalten Sie unter: http://wwwipr.ira.uka.de/~micron/index.html(öffnet in neuem Fenster)
