Modellierung und Kraftregelung pneumatischer Roboter

Bei der Firma Festo werden Leichtbauroboter für den industriellen Einsatz entwickelt, die durch pneumatisch aktuierte Gelenke angetrieben werden. Pneumatische Robotergelenke bieten insbesondere bei der kollaborativen Robotik einen Vorteil, da neben der Position auch die Gelenksteifigkeit geregelt werden kann (Mehrgrößenregelung).

Für zukünftige Applikationen soll untersucht werden, ob solche Antriebselemente dafür geeignet sind, definierte Kontaktkräfte mit der Umgebung zu stellen.

Für ein pneumatisches Drehgelenk ist ein Kraft- bzw. Impedanzregler zu entwerfen und in der Simulation sowie im Experiment zu erproben.
Die Arbeit soll vor Ort bei der Festo SE & Co. KG in Esslingen angefertigt werden.

Die Arbeit umfasst folgende Punkte:

• Einarbeitung in Kraftregelungskonzepte (direkte Kraftregelung, Impedanzregelung)  [1, 5, 4, 7, 8]
• Modellbildung der Regelstrecke in Matlab / Simulink  [6, 9, 2, 3]
  
  • Aufbau eines Referenzmodells, Modellierung der wichtigsten Dynamiken und Nichtlinearitäten
  • System- bzw. Parameteridentifikation anhand von Messdaten
• Modellvereinfachung, Reduktion der Dynamiken und Nichtlinearitäten auf ein sinnvolles Minimum für ein regelungstechnisches Entwurfsmodell
• Entwurf und Bewertung der Regelungskonzepte (direkte Kraftregelung, Impedanzregelung, etc.) für das pneumatische Gelenk in der Simulation
• Test der Regler am Prüfstand (Matlab/Simulink - dSpace)

• Selbstständige und motivierte Arbeitsweise
• Sicherer Umgang mit Matlab / Simulink
• Gute Vorkenntnisse in nichtlinearer Regelung

Bei Interesse senden Sie bitte Ihren Lebenslauf und aktuellen Notenauszug an Kathrin Hoffmann

[1] Alin Albu-Schäffer. Regelung von Robotern mit elastischen Gelenken am Beispiel der DLR-Leichtbauarme, 2001.
[2] Manfred Göttert. Bahnregelung servopneumatischer Antriebe, 2003.
[3] Alexander Hildebrandt. Regelung und Auslegung servopneumatischer Aktuatorsysteme, 2009.
[4] Arvid Q.L. Keemink, Herman van der Kooij, Arno H.A. Stienen. Admittance control for physical human-robot interaction, 2018.
[5] Andreas Kugi and Wolfgang Kemmetmüller. Impedance control of hydraulic piston actuators, 2004.
[6] Rainer Nitsche, Christian Dieterich, Fabian Wiek. Pneumatic Subset for Simulink. Process Automation Standard Library (PASL) -Documentation, 2017.
[7] Christian Ott, Alin Albu-Schäffer, Andreas Kugi, Gerd Hirzinger. Decoupling based cartesian impedance control of flexible joint robots, 2003.
[8] Christian Ott, Alin Albu-Schäffer, Andreas Kugi, Gerd Hirzinger. On the passivity-based impedance control of flexible joint robots, 2008.
[9] Julia Sachs. Model-based position control of a mechatronic process valve, 2012.