Design und Konzeption einer wiederverwendbaren Greifarm-Steuerung für verteilte mobile Roboteranwendungen

Abstract

Automatisierte Fertigungsanlagen müssen dem Trend von kundenspezifischen Anforderungen, bzw. der individualisierten Massenfertigung gerecht werden. Dies bedingt die Fähigkeit der schnellen Rekonfiguration, sowie der kostengünstigen Produktion. Aktuelle Steuerungsstrukturen sind meist zentral und monolithisch organisiert und limitieren den Fortschritt dieser Trendwende. Es werden Steuerungsstrukturen gefordert, die effizient arbeiten und effektive Reaktionen auf dynamische Änderungen von der Planung bis zur Fertigung unterstützen. Infolge der steigenden Rohstoffkosten, sowie dem neuen Umweltbewusstsein steigt die Nachfrage von intelligenten verteilten Systemen für den Einsatz bei automatisierten Demontageprozessen.<br />Vorangegangene Forschungsprojekte haben gezeigt, dass Agentensysteme die zeitliche Organisation und Planung, bis hin zur Steuerung der Feldebene, übernehmen können. Somit wird der wachsenden Komplexität der Anlage entgegen gewirkt und dahingehend die Flexibilität gesteigert. Die Realisierung einer Steuerung mit einem reinen Agentensystem verursacht einen enormen Bedarf an Rechenleistung, die von kleinen verteilten Steuerungseinheiten nicht bereitgestellt werden kann. In weiterer Folge ist sowohl kein Echtzeitverhalten als auch keine deterministische Arbeitsweise realisierbar. Der Industriestandard IEC 61499 verspricht die Konzipierung einer verteilten Steuerung, die ein Agentensystem entlasten soll und die Hardware steuern könnte. In dieser Arbeit wird ausgehend von den Ergebnissen des Forschungsprojektes DISBOTICS untersucht, ob sich die Methoden von IEC 61499 eignen, eine Hardwaresteuerung als Low Level Control so zu entwerfen, um Rechenoperationen zu entkoppeln. Dadurch soll eine übergeordnete High Level Control (ein Agentensystem) entlastet werden.<br />Es wird untersucht, ob dieser Ansatz Einsatz findet, um eine Greifarmsteuerung zu entwickeln, die einen einfachen Bewegungsablauf ohne Dienste der High Level Control autonom ausführen kann. Einen Schwerpunkt stellt die Untersuchung der Wiederverwendbarkeit dieser Software dar, die anhand von zwei Versuchsaufbauten mit unterschiedlichen kinematischen Strukturen gezeigt wird. Ausgehend von der Ansteuerung von Aktoren und Sensoren werden Konzepte und mögliche Implementierungen für die Steuerung, gemäß IEC 61499, sowie die Kommunikation zwischen den beiden Instanzen erarbeitet. Eine abschließende Diskussion beurteilt die erlangten Ergebnisse und betrachtet mögliche Probleme in der Realisierung, die im Rahmen weitere Forschungsarbeiten behandelt werden können.