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Grossraumrobotik

Die Großraumrobotikgruppe des ISYS beschäftigt sich mit der Lösung systemdynamischer Problemstellungen im Bereich von Maschinen mit großen Arbeitsräumen. Die anwendungsbezogenen Fragestellungen werden in enger Kooperation mit den jeweiligen Industriepartnern bearbeitet.

Die Analyse der vorliegenden Systeme und die Entwicklung systemdynamischer Modelle ist Grundbestandteil aller Projekte. Die beschreibenden Systemparameter gilt es zu identifizieren und anschließend die Modelle anhand von Vergleichen zwischen Messdaten und Simulationsergebnissen zu validieren. Darauf aufbauend werden Methoden der Regelungstechnik angewendet, um beispielsweise Automatisierungsfunktionen zu realisieren oder die Effizienz, Präzision, Sicherheit sowie den Komfort zu verbessern. Besonderer Forschungsfokus liegt auf der aktiven Kompensation von Systemschwingungen, die bei großen Strukturen aufgrund von fortschreitendem Leichtbau und steigender Forderung nach Präzision immer anwendungsrelevanter werden.

In diesem Zusammenhang werden verschiedene Theorien der Robotik, wie Systemmodellierung, Trajektoriengenerierung und -folge, modelbasierte Vorsteuerung sowie dezentralisierte Regelung an einem breiten Feld industrieller Anwendungen umgesetzt. Ein großes Themengebiet ist u.a. das geregelte Verfahren eines Werkzeugs (z.B. Kranhaken, Rettungskorb) auf einer vorgegebenen Bahn. Andere Themengebiete beinhalten die Dämpfung von Strukturschwingungen und das Unterdrücken von Pendelbewegungen einer Last am Haken. Hierbei werden Nichtlinearitäten des mechanischen Systems, die Dynamik und Nichtlinearität des hydraulischen Antriebs (weit verbreitet in der Großraumrobotik), strukturelle Flexibilitäten sowie der Berechnungsaufwand und Möglichkeit der Portierung auf echtzeitfähige Hardware berücksichtigt. In Kooperation mit unseren Projektpartnern entwickeln wir Regelungskonzepte von der theoretischen Idee bis hin zur Produkteinführung.

Laufende Forschungsprojekte

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  • Modellierung des innovativen Personenbeförderungssystems
  • Entwicklung eines Dämpfungskonzept zur Minimierung von Schwingungen in der Kabine
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Versuchsturm
  • Regelungsorientierte Modellierung der Dynamik obendrehender Turmkrane mit elastischer Stahlstruktur
  • Vorsteuerungs- und Regelungsentwurf zur Pendelstabilisierung unter Berücksichtigung der Strukturdynamik
  • Beobachterkonzepte zur Schätzung von Pendelbewegungen und Strukturverformungen
  • Weitere Informationen
  • Modellierung der elastischen Drehleiter und der eingesetzen Aktuatorik
  • Fusion der Messdaten zur Rekonstruktion von Schwingungsmoden
  • Aktive Dämpfung von Schwingungen durch dezentrale Regelung
  • Vollautomatisierte Trajektorienfolge des Rettungskorbs
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Feuewehrdrehleiter

Abgeschlossene Forschungsprojekte

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  • Rekonstruktion des Pendelzustandes für Hafenmobilkräne
  • Bahnplanung für Wipp-, Dreh- und Schwenkwerk mit Teach-In-Betrieb zur erleichterten Handhabung von Stück- und Schüttgut
  • Aktive Dämpfung des Lastpendelns
  • Funktionalität über große Typenbandbreite
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Hafenmobilkräne
  • Erfassung und Prognose der Vertikalbewegung auf Basis von Sensordatenfusion und systemdynamischen Modellen
  • Trajektoriengenerierung unter Berücksichtigung beschränkter Aktuatordynamik
  • Aktive Regelung der Hubwinde zur Kompensation der vertikalen Schiffsbewegung
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Schiffskran
  • Entwicklung eines servopneumatischen Flugsimulators
  • Modellierung und hochpräzise Regelung der 6-Freiheitsgrade-Bewgungsplattform
  • Motion Cueing Algorithm zur realitätsnahen Nachbildung von Kräften und Beschleunigung für den Simulatorpiloten
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Servoflight

Studentische Arbeiten

Wir suchen ständig motivierte Studierende, die sich im Rahmen einer Studien-, Diplom-, Bachelor- oder Masterarbeit an einem unserer Projekte beteiligen wollen. Die Aufgabenstellungen liegen dabei typischerweise in den folgenden Bereichen:

  • Verteilt-parametrische und konzentriert-parametrische Modellierung mechanischer und mechatronischer Systeme
  • Methoden der Parameter und Zustandsschätzung
  • Sensorfusion und Signalverarbeitung
  • Methoden der beschränkten und unbeschränkten Optimierung
  • Strategien zur Trajektorienplanung
  • Entwurf und Vergleich von Regelungsstrategien für die untersuchten Systeme unter Berücksichtigung und zur Kompensation von elastischen Deformationen und Schwingungen

Interessierte Studierende wenden sich direkt an die Mitglieder der Großraumrobotikgruppe, um sich persönlich über mögliche Themen zu informieren.

Publikationen der Großraumrobotik-Gruppe

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  • J. Pradipta & O. Sawodny, “ServoFlight: pneumatically actuated full flight simulator”, International Journal of Fluid Power, 2016, doi:10.1080/14399776.2015.1127724
  • J. Pradipta & O. Sawodny, “Actuator Constrained Motion Cueing Algorithm for a Redundantly Actuated Stewart Platform”, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 2016, doi:10.1115/1.4032556
  • U. Schaper, C. Dittrich, E. Arnold, K. Schneider & O. Sawodny, “2-DOF skew control of boom cranes including state estimation and reference trajectory generation”, Control Engineering Practice, pp. 63-75, 2014, doi:10.1016/j.conengprac.2014.09.009
  • U. Schaper, O. Sawodny, M. Zeitz & K. Schneider, “Load position estimation for crane anti-sway control systems”, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 136, pp. 031013-031013-7, 2014, doi:10.1115/1.4026134
  • A. Pertsch & O. Sawodny, “Verteiltparametrische Modellierung und Regelung einer 60m-Feuerwehrdrehleiter”, at - Automatisierungstechnik, pp. 522-533, 2012
  • N. Zimmert, A. Pertsch & O. Sawodny, “2-DOF control of a Fire-Rescue Turntable Ladder”, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 20, 2012, doi:10.1109/TCST.2012.2185576
  • S. Küchler, T. Mahl, J. Neupert, K. Schneider & O. Sawodny, “Active Control for an Offshore Crane Using Prediction of the Vessel’s Motion”, IEEE Transactions on Mechatronics, 16, pp. 297-309, 2011, doi:10.1109/TMECH.2010.2041933
  • S. Küchler & O. Sawodny, “Beobachtergestützte Prognose des Vertikalbewegung eines Schiffes”, at - Automatisierungstechnik, 59, pp. 502-511, 2011, doi:10.1524/auto.2011.0943
  • J. Neupert, E. Arnold, K. Schneider & O. Sawodny, “Tracking and anti-sway control for boom cranes”, Control Engineering Practice, 18, pp. 31-44, 2010, doi:10.1016/j.conengprac.2009.08.003
  • J. Missler, T. Ehrl, B. Meier, S. Kaczmarcyk & O. Sawodny, “Modelling of a rope-free Passenger Transportation System for Active Cabin Vibration Damping”, 6th Symposium on Lift and Escalator Technologies, Northampton, United Kingdom, 2016
  • M. Richter, F. Zeil, D. Walser, K. Schneider and O. Sawodny. "Modeling Offshore Ropes for Deepwater Lifting Applications", IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), Banff, Canada, 2016.
  • M. Richter, K. Schneider, D. Walser and O. Sawodny. "Real-time Heave Motion Estimation using adaptive filtering techniques", IFAC World Congress, Cape Town, South Africa, pp. 10119-10125, 2014, doi: 10.3182/20140824-6-ZA-1003.00111.
  • M. Richter, E. Arnold, K. Schneider, J. K. Eberharter and O. Sawodny. "Model predictive trajectory planning with fallback-strategy for an active heave compensation system", American Control Conference (ACC), pp. 1919-1924, 2014, doi: 10.1109/ACC.2014.6859017.
  • J. Pradipta, K. L. Knierim & O. Sawodny, “Force Trajectory Generation for the Redundant Actuator in a Pneumatically Actuated Stewart Platform”, IEEE International Conference on Automation, Robotics and Applications (ICARA), Queenstown, New Zealand, 2015
  • A. Pertsch & O. Sawodny, “Modeling of Coupled Bending and Torsional Oscillations of an Inclined Aerial Ladder”, American Control Conference (ACC), Washington, DC, USA, 2013, pp. 4104-4109
  • J. Pradipta, M. Klünder, M. Weickgenannt & O. Sawodny, “Development of a pneumatically driven flight simulator Stewart platform using motion and force control”, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), Wollongong, Australia, 2013, pp. 158-163
  • U. Schaper, E. Arnold, O. Sawodny & K. Schneider, “Constrained real-time model-predictive reference trajectory planning for rotary cranes”, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), Wollongong, Australia, 2013, pp. 680-685, doi:10.1109/AIM.2013.6584171
  • P. Schlott & O. Sawodny, “Attitude Control for an Actuated Load Attached to an Overhead Crane”, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), Wollongong, Australia, 2013, pp. 668-673, doi:10.1109/AIM.2013.6584169
  • M. Wörner, M. Weickgenannt, S. Neuhäuser, C. Göhrle, W. Sobek & O. Sawodny, “Kinematic Modeling of a Hydraulically Actuated 3-SPR-Parallel Manipulator for an Adaptive Shell Structure”, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), Wollongong, Australia, 2013, pp. 1330-1336
  • P. Rapp, M. Weickgenannt, C. Tarín & O. Sawodny, “Valve Flow Rate Identification and Robust Force Control for a Pneumatic Actuator used in a Flight Simulator”, American Control Conference (ACC), Montreal, Canada, 2012, pp. 1806-1813, doi:10.1109/ACC.2012.6314702
  • P. Schlott & O. Sawodny, “Decoupling Control for a Gantry Crane With an Actuated Load”, IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), 2012, pp. 1610-1615, doi:10.1109/ICIEA.2012.6360983
  • S. Küchler, J. Eberharter, K. Langer, K. Schneider & O. Sawodny, “Heave Motion Estimation of a Vessel Using Acceleration Measurements”, IFAC World Congress, Milano, Italy, 2011, pp. 14742-14747, doi:10.3182/20110828-6-IT-1002.01935
  • S. Küchler, C. Pregizer, J. Eberharter, K. Schneider & O. Sawodny, “Real-Time Estimation of a Ship’s Attitude”, American Control Conference (ACC), San Francisco, CA, USA, 2011, pp. 2411-2416, doi:10.1109/ACC.2011.5990612
  • U. Schaper, C. Sagert, O. Sawodny & K. Schneider, “A load position observer for cranes with gyroscope measurements”, IFAC World Congress, Milano, Italy, 2011, pp. 3563-3568, doi:10.3182/20110828-6-IT-1002.01456
  • S. Küchler & O. Sawodny, “Nonlinear Control of an Active Heave Compensation System with Time-Delay”, IEEE Conference on Control Applications (CCA), Yokohama, Japan, 2010, pp. 1313-1318, doi:10.1109/CCA.2010.5611119

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