Beitrag zur modellgestützten optimalen Trajektorienplanung für Industrieroboter:
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| Published: |
München u.a.
Hanser
1993
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| adam_text | BEITRAG ZUR MODEIXGESTÜTZTEN OPTIMALEN
TRAJEKTORIENPLANUNG FÜR INDUSTRIEROBOTER
INHALTSVERZEICHNIS Seite
0 Kurzzeichen und Symbole 5
1 Einleitung und Zielsetzung 8
2 Stand der Technik 11
2 1 Bewegungssteuerung 11
211 Punkt-zu-Punkt-Steuerung 11
212 Bahnsteuerung 11
2 2 Programmierung 12
221 On-line-Programmierverfahren 12
222 Off-line-Programmierverfahren 13
2221 Explizite Programmierung 13
2222 Implizite Programmierung 13
2 3 Problemstellung 14
2 4 Entwicklungsstand der Verfahren zur optimalen
Bewegungsplanung für Industrieroboter 16
3 Optimale Bewegungsnlanung bei Bahnsteuerung 21
3 1 Bewegungsführung 21
311 Bahnführung 22
3111 Positionsinterpolation 23
3112 Orientierungsinterpolation 28
312 Geschwindigkeitsführung 34
3 2 Berechnung der zeitlichen Ableitungen der
Gelenkkoordinaten 35
3 3 Darstellung des dynamischen Modells in Abhängigkeit
vom Bahnparameter 37
Formulierung der Optimierungsaufgabe
Optimale Planung des Geschwindigkeitsprofils durch
Minimierung der Verfahrzeit
351 Entwicklung einer exakt optimalen Lösung
3511 Prinzip
3512 Ermittlung der Grenzwerte der
Bahnbeschleunigung
3513 Ermittlung der Grenzkurve der
Bahngeschwindigkeit
3514 Algorithmus zur Bestimmung des zeitoptimalen
Geschwindigkeitsprofils 50
3515 Ergebnisse 52
352 Entwicklung einer suboptimalen Lösung 56
3521 Prinzip 56
3522 Ermittlung der approximierten Grenzkurve
der Bahngeschwindigkeit 57
3523 Ermittlung der Beschleunigungs- und
Bremsphasen mit den zulässigen konstanten
Maximal- und Minimalbeschleunigungen 62
3524 Algorithmus zur Bestimmung des suboptimalen
Geschwindigkeitsprofils 68
3525 Ergebnisse 60
353 Vergleich konventioneller und optimierter
Geschwindigkeitsprofile 71
Optimale Planung des Geschwindigkeitsprofils durch
Minimierung der mechanischen Beanspruchung oder
Minimierung des Energieverbrauchs 72
361 Allgemeine Betrachtung 72
362 Entwicklung einer effizienten Lösung basierend auf der
Parametrisierung des Geschwindigkeitsprofils 73
3621 Prinzip 73
3622 Parametrisierung des Geschwindigkeitsprofils 74
3623 Formulierung des äquivalenten Parameter
optimierungsproblems 76
3624 Prinzipielle Beschreibung
Optimierungsalgorithmus
3625 Ergebnisse
4 Optimale Bewegungsplanung bei Punkt-zu-Punkt-Steuerung 83
4 1 Bewegungsführung 83
4 2 Formulierung der Optimierungsaufgabe 85
4 3 Exakt optimale Lösung nach dem Maximumprinzip
von Pontrjagin 87
4 4 Entwicklung einer effizienten Lösung basierend auf der
Parametrisierung der Zustandsfunktionen 94
441 Prinzip 94
442 Auswahl der Ansatzfunktionen 96
443 Parametrisierung der Punkt-zu-Punkt-Trajektorien 98
4431 Beschreibung der Bahn in Gelenkkoordinaten 98
4432 Beschreibung des Geschwindigkeitsprofils 99
444 Formulierung des äquivalenten Parameter
optimierungsproblems 102
445 Optimierungsalgorithmus nach der
Quasi-Newton-Methode 103
446 Berücksichtigung der Kollisionsprobleme nach der
Methode der Straffunktionen 107
447 Optimale Planung der Punkt-zu-Punkt-Trajektorien
durch Minimierung der Verfahrzeit 110
4471 Vorgehensweise 110
4472 Ergebnisse 112
448 Optimale Planung der Punkt-zu-Punkt-Trajektorien
durch Minimierung der mechanischen Beanspruchung 120
4481 Vorgehensweise 120
4482 Ergebnisse 122
5 Realisierung Erprobung und Anwendungen 126
5 1 Programmierung, Bewegungsplanung und -ausführung 126
511 Realisierung eines Bewegungsplanungs- und
-Optimierungssystems 126
512 Benutzeranforderung 128
513 Programmierung einer Bahnbewegung 130
514 Programmierung einer Punkt-zu-Punkt-Bewegung 132
515 Anforderungen an die Robotersteuerungen 132
5 2 Beispielhafte Anwendungen am Industrieroboter Manutec r3
mit fortgeschrittener Experimentalsteuerung 134
521 Erweiterung der Steuerungsfunktionen 134
522 Erprobung 13®
5 3 Beispielhafte Anwendungen am Industrieroboter Manutec r3
mit kommerzieller Siemens-Steuerung RCM3 139
531 Optimierung der Verfahrparameter 139
532 Erprobung 140
6 Zusammenfassung und Ausblick 142
7 Schrifttum 146
8 Anhang 155
8 1 Kinematik des sechs-achsigen Industrieroboters Manutec r3 155
8 1 Dynamik des sechs-achsigen Industrieroboters Manutec r3 160
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