Autonome mobile Robotik

Bei der Montage und Fertigung von großformatigen Produkten und Anlagen kommen aktuell sehr große und aufwendige Handhabungs- und Montagegeräte zum Einsatz, welche aufgrund ihrer Größe und Komplexität an nur einem zentralen Produktionsstandort aufgebaut und betrieben werden können. Die entstehenden Produkte und Anlagen müssen aufwendig an ihren Bestimmungsort gebracht und dort demontiert werden. In Zukunft sollen autonome mobile Roboter dazu eingesetzt werden, diese großformatigen Maschinen direkt am Bestimmungsort zu montieren bzw. zu fertigen. Hierzu ist die Zusammenarbeit mehrerer unterschiedlicher mobiler Robotereinheiten in verschiedenen Größen erforderlich.

Das Ziel der Forschungen ist dabei,  durch den Einsatz kleiner flexibler Roboter die Notwendigkeit großer speziell entwickelter Montagesysteme zu reduzieren. Hierzu müssen Verfahren entwickelt werden, um bestehende mobile Einheiten dynamisch an neue Aufgaben anzupassen. Außerdem müssen Methoden gefunden werden, um eine Gruppe mobiler Roboter als ein großes Handhabungssystem steuern zu können. Der aktuelle Schwerpunkt liegt dabei zum einen auf der Modellierung und Regelung der einzelnen mobilen Manipulatoren sowie der Entwicklung und Auswahl der benötigten Hardware. Zum anderen wird an Algorithmen gearbeitet, die die Steuerung der einzelnen mobilen Roboter als einen Roboterverbund ermöglichen. Hierzu gehört neben der Betrachtung der Regelung des Roboterverbundes auch dessen Anpassung an die aktuelle Umgebungssituation.

Im Bereich der kooperativen Handhabung ist es das Ziel, Bauteile die aufgrund ihrer Größe, Form oder Gewicht nicht von einem Roboter gehandhabt werden können mit mehreren seriellen Robotern zu transportieren. Jeder Roboterarm wird hierfür mit einem Greifer ausgestattet, der entweder eine form- oder kraftschlüssige Verbindung zu dem Gegenstand aufbaut. Dadurch ist es möglich, den Gegenstand mit mehreren seriellen Roboter zu heben und zu manipulieren. Dies erfordert jedoch eine hoch-präzise Regelung der beteiligten Roboterarme, da bei einer falschen Positionierung oder Orientierung des Roboterarms Kräfte in den Gegenstand oder die Roboterarmgelenke eingeleitet werden. Dies würde entweder zu einer Verformung oder Zerstörung des jeweiligen Gegenstands führen.

In dem dargestellt Video ist eine solche Reglung zu sehen, bei der zwei Roboterarme einen länglichen Gegenstand manipulieren. Um diese Interaktion der Roboterarme zu ermöglichen wird ein Roboterarm mit einer Impedanz- und der andere Roboterarm mit einer Admittanzregelung betrieben. Gleichzeitig wird eine Solltrajektorie für den Gegenstand vorgegeben, wodurch die Bewegung im Raum entsteht.

Der Transport von großen Objekten ist nicht immer mittels der Roboterarme möglich. Stattdessen kann ein schweres Bauteil auf mehrere mobile Plattformen gelegt werden, um anschließend zu einem nachfolgenden Produktionsschritt befördert zu werden. Für beide Transportarten ist es erforderlich, dass die mobilen Plattformen in einer vorgegebenen Formation verfahren, die zu keinem Zeitpunkt verletzt wird. Auch hier gilt: Jede Abweichung der Position eines mobilen Roboters kann zur Beschädigung oder Zerstörung des Gegenstands führen. Falls eine mobile Plattform zu stark von der Soll-Position abweicht, kann der zu transportierende Gegenstand zu Boden fallen, ein Roboterarm überlastet oder an seine Arbeitsraumgrenze gebracht werden.

Bei dem kooperativen Objekttransport werden viele Software-Module aus verschiedenen Fachbereichen benötigt, die nahtlos miteinander arbeiten müssen. Wichtig sind beispielsweise das Mapping, die Lokalisierung, Costmap, Bahnplanung und Regelung. Für die in dem Video dargestellte Formationsbewegung, wurden am match eine Costmap-Layer, ein globaler und lokaler Bahnplaner entwickelt. Die Bewegung wird durch die Vorgabe eines Zielpunkts in einer aufgezeichneten Karte festgelegt, woraufhin eine Bewegung für die Formation von mobilen Roboter geplant und umgesetzt wird. Die verwendete Formation besteht aus zwei realen und einem virtuellen Roboter, die während der Bewegung eine dreieckige Formation halten sollen.