Bibliographic Metadata
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- TitleEchtzeitfähige modellprädiktive Planung zeitoptimierter Trajektorien für kinematisch redundante Mechanismen auf industrieller Hardware : / von Arne Thorsten Rüting, M.Sc. ; Referent: Prof. Dr.-Ing. habil. Ansgar Trächtler, Korreferent: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dr. h.c. Torsten Bertram
- Translated titleRealtime-capable model-predictive planning of time-optimized trajectories for kinematically redundant mechanism on industrial hardware
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- Published
- Description1 Online-Ressource (XIV, 189 Seiten) : Illustrationen
- Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2024
- AnnotationTag der Verteidigung: 17.10.2024
- Defended on2024-10-17
- LanguageGerman ; English
- Document TypesDissertation (PhD)
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Zusammenfassung
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der modellprädiktiven Planung zeitoptimierter Trajektorien für mehrachsige kinematisch redundante Mechanismen. Es werden zunächst grundlegende Begriffe erläutert, bevor der Stand der Wissenschaft und Technik hinsichtlich der Trajektorienplanung von kinematisch redundanten und nicht-redundanten Mechanismen sowie der Ausführung von Optimierungen auf Industriesteuerungen vorgestellt wird. Im Anschluss wird die modellprädiktive Planung erläutert. Diese nutzt die Mehrdeutigkeit bei der Ermittlung der Gelenkpositionen kinematisch redundanter Mechanismen, um die Verfahrzeit zwischen Sollpositionen im Rahmen von Punkt-zu-Punkt-Bewegungen zu minimieren. Anhand eines kinematisch redundanten hybridkinematischen Mechanismus erfolgt zunächst eine simulative Validierung des Ansatzes. Bezogen auf die immer flexibler werdenden Fertigungen im Kontext Losgröße-1 sind jedoch echtzeitfähige selbstoptimierende Steuerungen erforderlich, die sich zur Laufzeit auf wechselnde Aufgaben einstellen und mit weiteren Systemen interagieren. Aus diesem Grund liegt der Fokus auf der echtzeitfähigen Ausführung des Ansatzes auf einer Industriesteuerung, ein entscheidender Punkt, um die erforderliche Flexibilität und industrielle Einsetzbarkeit zu erreichen und gleichzeitig ein signifikanter Unterschied zum Stand der Technik. Hierzu erfolgt die Umsetzung auf das reale System und der Nachweis der echtzeitfähigen Ausführung mit Optimierungszeiten kleiner einer Millisekunde.
Abstract
This thesis deals with the model-predictive planning of time-optimized trajectories for kinematically redundant multi-axes mechanisms. First, basic terms are explained before the current state-of-science and technology with regard to path planning for kinematically redundant and non-redundant mechanisms as well as the execution of optimizations on industrial controllers is presented. Next, the model-predictive planning is explained. Hereby, the ambiguity when calculating the joint positions of a kinematically redundant mechanism is used to minimize the movement time between set points with regard to point-to-point movements. Using a kinematically redundant hybrid mechanism, the approach is first validated with simulations. With regard to the increasing demands of more flexible manufacturing in context of batch size-1, real-time capable self-optimizing controls are necessary. Such controls adjust themselves to changing tasks during runtime and interact with other systems. Therefore, the focus is on the real-time execution of the approach on industrial controllers. This is a crucial point to achieve the required flexibility and industrial applicability, as well as to differ significantly from the state-of-the-art. For this purpose, the approach is implemented on the real system and the ability of a real-time execution with optimization times less than one millisecond is proven.
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