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Studierendenprojekte

Robotersteuerung

Studierende hauchen altem Roboterarm neues Leben ein

Im berufsbegleitenden Studiengang Informationstechnik & System-Management 2017 wurde eine Regelung eines Roboterarms entwickelt. Ziel des Projekts war es, durch den Entwurf eines robusten Geschwindigkeits- und Positionsreglers eine kontrollierte Bewegung des Roboterarms zu verwirklichen. Durch eine Schritt-für-Schritt-Anleitung dieser Inbetriebnahme soll zukünftigen Master-Studenten eine Steuerung der Kinematik ermöglicht werden.

Die Grundherausforderung der Projektarbeit war es, ohne Datenblätter und technische Informationen des Herstellers eine Systemidentifikation durchzuführen. Aus diesem Grund mussten durch Messen und Beobachten des realen Verhaltens direkt am Roboterarm die Kennwerte ermittelt werden.

Der Roboterarm besteht aus 5 Achsen und einem Greifer, die alle von 6 Gleichstrommotoren angetrieben werden. Die Kraftübertragung erfolgt über Getriebe, Zahnräder und Zahnriemen; diese sind von außen sichtbar im Rahmen des Arms ausgeführt. Encoder und Endschalter ermöglichen die Ermittlung der Position des Roboterarms.

Nach der Anforderungsdefinition an den Regler konnte anhand der gemessen Daten eine Übertragungsfunktion der Regelstrecke angefertigt werden. Anhand der Übertragungsfunktion konnte ein kaskadierter Regler (Kombination aus Geschwindigkeits- und Positionsregler) entworfen werden.

Die Implementierung der Regelung erfolgte auf einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) von B&R und wurde exemplarisch am Motor 1 durchgeführt.
Als Voraussetzung für die Regelung musste zuvor eine Homing-Fahrt durchgeführt werden, um eine Initialisierung des inkrementellen Encoders zu ermöglichen. Weiters war es notwendig, eine Pulsweitenmodulation (PWM) für die Motoransteuerung zu berechnen, da die Bauteile der SPS bis zu 24 Volt ausgeben und die Motoren maximal mit 12 Volt betrieben werden dürfen.

Die durchgeführte Projektarbeit zeigt, dass es trotz fehlender Datenblätter und technischer Herstellerangaben möglich ist, eine gezielte und sichere Regelung des Roboterarms durchzuführen. Dem veralteten Roboterarm konnte somit wieder neues Leben eingehaucht werden.

Facts:
Typ: Bachelorprojekt
Studiengang: Bachelor Informationstechnik & System-Management

Robotersteuerung

Foto: FH Salzburg