Regelung und Steuerung eines (teil-)autonomen Hydraulikarms

Erdbeben, Überschwemmungen oder ein atomarer GAU können die Versorgung bewohnter Gebiete abschneiden oder diese für den Menschen unzugänglich machen. Durch den Einsatz von (teil-)autonomen Robotersystemen zu Land, Wasser und in der Luft soll die Suche und Rettung von Menschen in solchen Krisensituationen stark verbessert werden. Dieses Ziel hat sich das EU-FP7-Projekt ICARUS gesetzt. In diesem Zusammenhang kommt die vielseitige Steuertechnik der Robot Makers GmbH zum Einsatz.

Ein bestehendes Fahrzeug LUGV (Large Unmanned Ground Vehicle) wurde mit einem hydraulischen Greifarm für den autonomen Einsatz in Search-and-Rescue-Operationen ausgerüstet. Für den Ernstfall gehören außerdem verschiedene Werkzeuge zur Ausstattung des Systems, die selbstständig im Betrieb gewechselt werden können.

Die Ansteuerung und Regelung dieses Armes mit fünf Freiheitsgraden wurde mit unserem Hydraulikregler aus dem Modular Control System (MCS) realisiert. Der Hydraulikregler ermöglicht eine synchrone Messdatenerfassung und Regelung von bis zu vier Achsen. Zum Schutz der Elektronik wurde auf ein wasserdichtes Gehäuse der Schutzart IP67 zurückgegriffen. Aufgrund des flexiblen Aufbaus der Elektronikplattform MCS, können auch ungewöhnliche Anforderungen auf bereits bestehende Hard- und Softwarekomponenten abgebildet werden. So können Anforderungen zügig und kosteneffizient umgesetzt werden.

Alle Fotos mit freundlicher Genehmigung der AG Robotersysteme (TU Kaiserslautern).

Video

In der Robotergalerie der AG Robotersysteme wird das LUGV auch in einem kurzen Video vorgestellt. Darauf wollen wir an dieser Stelle gerne verweisen.

Technische Daten des Fahrzeugs

Raupenfahrzeug der Firma Metalliance (nachträglich mit Hydraulikarm ausgestattet)

Breite 2000 mm
Länge 3000 mm
Höhe 2800 mm
Gewicht 2300 kg
Zuladung 300 kg
Antriebsart Ketten: hydrostatischer Einzelkettenantrieb
Arm: Hydraulikzylinder / Hydraulikmotor
Motorisierung Verbrennungsmotor

Eingesetzte Technologie der Robot Makers GmbH

Modular Control System – Hydraulic Controller

Zur Aufrüstung des LUGV für den genannten Anwendungsfall kommen zwei Hydraulikregler aus der modularen Entwicklungsplattform der Robot Makers GmbH zum Einsatz. Dadurch wird es möglich die fünf Freiheitsgrade des Hydraulikarmes sowie zusätzliche Funktionen der Werkzeugaufnahme feinfühlig anzusteuern und einzuregeln. Zur Bestimmung der jeweiligen Gelenkspositionen sind alle Gelenke mit hochauflösenden Linear- und Drehencodern ausgestattet, die Ihre Informationen über die digitale SSI-Schnittstelle an die beiden Hydraulikregler übergeben. Die Ansteuerung der Aktuatoren erfolgt dabei über die direkt an den Endstufen des Hydraulic Controller angeschlossenen Proportionalventile. Direkt auf dem FPGA des Hydraulic Controlles findet eine Positionsregelung der einzelnen Achsen statt. Zusammen mit der übergeordneten Steuerung, einem EtherCAT-Master mit Finroc, wird somit eine Positionsregelung des gesamten Armes auf Basis des Tool-Center-Points ermöglicht.

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