Schwerpunkte

Roboterprogrammierung per Messtechnik-Software

Die Robotik verliert ihre Komplexität

14. April 2009, 00:00 Uhr   |  Stefan Kuppinger

Die Robotik verliert ihre Komplexität

Robotik- und Motion-Anwendungen sind Mechatronik pur, bei denen Mechanik, Elektronik, Regelungstechnik und Applikationssoftware parallel zu entwickeln sind. Grafische Entwicklungsmethoden machen diesen komplexen Mix aus Disziplinen beherrschbar.

Viele Ingenieure skizzieren ihre Ideen und Gedankenmodelle auf Papier, beispielsweise als Blockschaltbild, das als Grundlage für die anschließende Programmierung in einer textbasierten Sprache dient. Im Gegensatz dazu beginnt die grafische Programmierung bereits einen Schritt früher, beim Skizzieren: Das Gedankenmodell wird direkt als Blockschaltbild auf dem Bildschirm entworfen. Daraus generiert die grafische Programmierumgebung automatisch den Maschinencode. Mit dieser in der embedded Systementwicklung sowie Mess- und Automatisierungstechnik etablierten Methode lassen sich ebenso Robotik-Systeme auf einem hohem Abstraktionsniveau beschreiben und analysieren.

Das vermittelt ein Gefühl für die Zusammenhänge, für wichtige Systemparameter und für das Verhalten des Gesamtsystems. Beispielsweise können Entwickler die Drehmomentmessung in ihrer physikalischen Einheit (Nm) oder die Berechnung einer „S-Kurve" zur sanften Ansteuerung einer Achse über Funktionsblöcke ohne Detailkenntnisse der an sich komplexen Teilaufgaben einfügen. Auch weniger erfahrene Entwickler können dank der interaktiven Tools anspruchsvolle Aufgaben wie die Identifikation von Regelstrecken und die Auslegung von Regelkreisen lösen sowie komplexe Modelle aus klassischen Mathematikprogrammen einbinden. Selbst fortgeschrittene Konzepte wie Trajektorien- Berechnung, kaskadierte Regelkreise, neuronale Netze, Fuzzy-Control und Neuro-Fuzzy sind machbar.

Bewegungen unter Kontrolle Linearachsen, Schlitten oder Knickarme sind wichtige Elemente in der Robotik. Ihre Ansteuerung verlangt normalerweise fundiertes Know-how über Bewegungsplanung und Regeltechnik - vor allem, wenn mehrere Achsen synchronisiert werden sollen. Die Bewegungen solcher Multi-DOF-Systeme mit vielen Freiheitsgraden (DOF: Degrees of Freedom) beruhen auf komplexen mathematischen Modellen, die in Echtzeit umgesetzt werden müssen. Mit Hilfe der Mathematikund Analysefunktionen von LabVIEW sowie Toolboxen für Motion, Mess- und Regeltechnik wird diese Komplexität überschaubar. Die Bewegungsbahn ist dabei auf vier verschiedene Arten programmierbar:

  • Ein- und mehrachsige Bewegungssteuerung mit parametrierbarer Sollgeschwindigkeit und Beschleunigung über Funktionsblöcke.
  • Manuelle Vorgabe (Teach-In) über Joystick und Speicherung des „gelernten" Bewegungsablaufs.
  • Über 3D-CAD-Software, die ein visuelles Überprüfen der simulierten Bewegungsbahn eines am Bildschirm entworfenen Robotermodells ermöglicht. Die Modelle werden als „Virtual-Reality"-Dateien aus dem CAD exportiert, in Lab- VIEW importiert, dort in 3D visualisiert und auf der Zielplattform live ausgeführt. Die Bewegungen erhalten ihre Feinabstimmung über den Vergleich der virtuellen Modelle mit den realen Abläufen. Diese Technik wurde beispielsweise zur Fernsteuerung eines Baggers in 1000 m Tiefe unter dem Meeresspiegel eingesetzt.
  • Kontinuierliche Berechnung der Bewegungsbahn über die inverse Kinematik in Echtzeit direkt auf der Zielplattform.
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1. Die Robotik verliert ihre Komplexität
2. 24 Achsen grafisch programmiert
3. Vom grafischen Blockschaltbild zum C-Code

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