Modulares Koordinatentransformations- und ...ifa/dokumente/robotik/nawaz.pdfmodul/ Fehler-erkennung...

Institut für Automatisierungstechnik, Professur Prozessautamation

Technische Universität Bergakademie Freiberg

1AUT

Modulares KoordinatentransformationsModulares Koordinatentransformations-- und und Bahninterpolationsmodell fBahninterpolationsmodell füür redundante r redundante

RoboterkinematikenRoboterkinematiken

„Workshop Robotik“ Hochschule Mittweida

15.10.2004

Projektleiter : Prof. Dr. Ing. habil P. Löber

Referant: Dipl.-Ing. Rashid Nawaz

Im Namen Allahs des Gnädigen des BarmherzigenIm Namen Allahs des Gnädigen des Barmherzigen



2AUT

InhaltsübersichtInhaltsübersichtEinführung /Ziel der Arbeit

Grundlagen für die Transformation

Kinematisches Modell für MRC 9-15

Berechnung der Gelenkkoordinaten

Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse

Zusammenfassung / Ausblick



3AUT





Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse




4AUT

Echtzeitfähige Koordinatentransformation für redundante Kinematiken

Implementierung der entwickelten Algorithmen in die Zielsteuerung

Einführung / Ziel der ArbeitEinführung / Ziel der Arbeit

Über-wachungs-

modul/Fehler-

erkennungund

-behand-lung

Echtzeit-Betriebs-system

für Ablauf-organisation(RT Linux,VxWorks,

o.ä.)

Bahninter-polationsmodul

Grobinterpolation

Transformation (DKT und IKT)

Feininterpolation

Lageregelkreis

Umrichter

Antriebe

GetriebeEncoder

Winkelmesswerte

Sensorendigitale E-/A

OLP: Offline Programmierung

OS: Operation SystemPLC: Programmable

Logical Control

PLC-Funktio-nalität

Kommunikationsschnittelle



5AUT

Einführung / Ziel der ArbeitEinführung / Ziel der Arbeit

CNC900

BI

DKT IKT

iq 1i+q

irzr ∆r

∆r

iqir

BI: BahninterpolatorDKT: Direkte KoordinatentransformationIKT: Indirekte Koordinatentransformationcnc900: Steuerungssystem1,2,3: Reihenfolge der Bearbeitung

1

32

ri: Lagevektor zum Schritt irz: Lagevektor der Zielkoordinaten∆r: Differnez zwischen ri und rzqi: Gelenkvektor zum Schritt iqi+1: Gelenkvektor zum Schritt i+1



6AUT





Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse




7AUT

Gelenkkoordinaten:

Raumkoordinaten:

DKT:

IKT:

Grundlagen für die TransformationGrundlagen für die Transformation

1 2T

nq q q Q= ∈q K( , , )

r x , y , z , x , y , zT

r f q

q f 1 rDKT = direkte Koordinatentransformation, IKT = indirekte Koordinatentransformation



8AUT

Grundlagen für die TransformationGrundlagen für die Transformation

DKT

DH- Parameter

RaumkoordinatenTransformationGelenkkoordinaten

IKT

q = (q1, q2, ..., qn)T r = (x, y, z, ϕx, ϕy, ϕz)T



9AUT





Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse




10AUT

Kinematisches Modell für MRC 9Kinematisches Modell für MRC 9--1515



11AUT

Kinematisches Modell für MRC 9Kinematisches Modell für MRC 9--1515Der Roboter MRC mit festgelegten Koordinatensysteme:

K0

K1,2

K3K4, 5

K6K7K8K9, 10

y0

x0

z0

x1, 2

x3x4, 5

x6x7x8

x9, 10

y8

y7

y6 y4, 5

y3

y1, 2

y9, 10

z3

z1,2

z7

z4, 5

z6z8z9, 10

d7 = 558 mm

d5 = 875 mm

d9 = 102 mm

d1 = 1014 m

m

a2 = 170 mm



12AUT

-900d7q7Gelenk 7

9000 (muss)q6Gelenk 6

-900q50Gelenk 5

00d4q4Gelenk 4

9000q3Gelenk 3

-90a2q20Gelenk 2

010d1q1Gelenk 1

αi[°]ai[mm]di[mm]θi[°]

9000q8Gelenk 8

00d9q9Gelenk 9

Kinematisches Modell für MRC 9Kinematisches Modell für MRC 9--1515Schematische Darstellung und die DH-Parameter:



13AUT





Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse




14AUT

Berechnung der GelenkkoordinatenBerechnung der Gelenkkoordinaten

Schnittpunkt PSA5

A7

A6

TCP

yTCP

zTCP

xTCP

J J P j1 j 2 j3 j 4 j 5 j63 6

J P+ J P

T J P J PT 1 3 6

∆ q J P+ ∆ r

J J P iJ O i

j P 1 jP 2 jP nj O1 jO 2 jO n

qk 1 qk ∆ q

Berechnung der Gelenkkoordinaten bezüglich der Zielposition

Kinematische Entkopplung



15AUT

Berechnung der GelenkkoordinatenBerechnung der GelenkkoordinatenBerechnung der Gelenkkoordinaten der Zentralhand bezüglich der Zielorientierung

WSR

SZR

WZR

S

W

Z

W ReferenzpunktS StartpunktZ Zielpunkt

RZW RS

W RZS

RSW 1 RZ

W RSW 1 RS

W RZS

RZS RS

W 1 RZW

RSW 1 RS

W T

RZS RS

W T RZW



16AUT





Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse




17AUT

Modularisierung (DKT)Modularisierung (DKT)

K qjn

Berechnung der gesamten Transformationsmatrix

rj

1ii−AErstellung der Teilmatrizen

0nT

Ermittlung des Lagevektors

DB

DKT

DB: Zentrale DatenbankDKT: Direkte Koordinaten-

TransfomationK: Konfigurationsmatrixn: Gelenkanzahlqj: aktuelle Gelenk-

koordinaten



18AUT

Modularisierung (IKT)Modularisierung (IKT)

j + ∆q q∆q

J

nK

1ii−AErstellung der Teilmatrizen

Erstellung der Jacobi-Matrix

Der nächste absolute Gelenkwert

Veränderung der Gelenkkoordinaten

Bahninterpolator

∆r

sr

1− ⋅ ∆J r

zr

1j+q

jq

1in−T

IKT

DB

Erstellung der Transformations-matrizen



19AUT





Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse




20AUT

BahnplanungsmoduleBahnplanungsmodule

P1P11

P12P13

P14

P21

P2

P3P22

x

y

z

O

Linearinterpolation

Kreisinterpolation

Helixinterpolation

Splineinterpolation

Grobinterpolation

StützpunkteP1, P2 u. P3

Feininterpolation

Gelenkkoordinaten qi

IKT

StützpunkteP11, P12, P13, P14



21AUT





Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse




22AUT

Test und ErgebnisseTest und ErgebnisseTestumgebungVisual Studio



23AUT

Test und ErgebnisseTest und Ergebnisse



24AUT

Test und ErgebnisseTest und Ergebnisse



25AUT

Test und die ErgebnisseTest und die ErgebnisseTestumgebung

RobCad



26AUT

Test und die ErgebnisseTest und die Ergebnisse

1100mm

1000 mm0,27 mm

0,65 mm

MRC 9-15Istbahn 1

Sollbahn 1

Sollbahn 2

Istbahn 2

Startposition

End-position

Maximale Bahnabweichung

BahnlängeBahn 1

BahnlängeBahn 2

TestumgebungRobCad



27AUT

Test und die ErgebnisseTest und die Ergebnisse



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Modularisierung

Bahnplanungsmodule

Test und Ergebnisse




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Zusammenfassung / AusblickZusammenfassung / AusblickEntwicklung eines modularen Koordinatentransformations-modelles für ein- bzw. mehrfach redundanten Roboterkinematiken

Erstellung von Grundmodulen für die Bahninterpolation

Erfolgreiche Implementierung an 9-Achs-Roboter der Serie MRC 9-15 (Fa. Mauersberger)

Dient als Grundlage für die weiteren Entwicklungen z.B. Parameterschätzung, kinetische Modellierung, Untersuchung der Kompensation der Temperatureinflüsse usw.



30AUT

Vielen Dank für Ihre AufmerksamkeitVielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Information:Information: RashidRashid NawazNawazInstitut für AutomatisierungstechnikInstitut für AutomatisierungstechnikTU Bergakademie FreibergTU Bergakademie Freiberg

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Date post:	26-Jan-2021
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