Echtzeitfähige 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. Paderborn, 2024
Inhalt
- Inhaltsverzeichnis
- Symbolverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation und Zielsetzung
- 1.2 Definition der Anforderungen
- 1.3 Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit
- 2 Grundlagen
- 3 Stand der Wissenschaft und Technik
- 3.1 Optimierungsbasierte Trajektorienplanung für seriell-, parallel- und hybridkinematische kinematisch redundante Mechanismen
- 3.2 Optimierungsstrategien für das Zeitverhalten nicht-redundanter Mechanismen
- 3.3 Modellbasierte Optimierungs- und Regelungsansätze auf industriell einsetzbarer Hardware
- 3.4 Zusammenfassung und Fazit
- 4 Echtzeitfähige modellprädiktive Planung zeitoptimierter Trajektorien
- 4.1 Grundidee
- 4.2 Gütefunktion und Optimierungsproblem
- 4.3 Herleitung des Zeitmodells für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen
- 4.4 Nutzung des Potentials moderner Antriebshardware
- 4.5 Referenzverfahren
- 5 Anwendungsszenario 1: Der IEM-Mechanismus
- 5.1 Adaption des Ansatzes
- 5.2 Herleitung der Gleichungen der kinematischen Probleme
- 5.2.1 Inverses kinematisches Problem des Tricept
- 5.2.2 Inverses und direktes kinematisches Problem des Portals
- 5.2.3 Simulative Validierung des inversen kinematischen Problems mittels Mehrkörpersimulation
- 5.3 Validierung des Zeitmodells für Punkt-zu-Punkt-Bewegungen
- 5.4 Mögliche Anwendungsszenarien für den IEM-Mechanismus
- 6 Simulative Umsetzung in MATLAB
- 6.1 Wahl der Sollpositionsfolgen
- 6.2 Simulative Ausführung des Referenzverfahrens
- 6.3 Funktionsvalidierung des modellprädiktiven Ansatzes in MATLAB unter Nutzung MATLAB-eigener Optimierer
- 6.4 Funktionsvalidierung des modellprädiktiven Ansatzes in MATLAB unter Nutzung freier Optimierer
- 7 Umsetzung am realen System
- 7.1 Umsetzung der modellprädiktiven Planung auf SPS und eingebetteter Hardware
- 7.2 Umsetzung der modellprädiktiven Planung auf einer SPS
- 8 Anwendungsszenario 2: HKM bestehend aus Raumportal und Sechsachs-Knickarmroboter
- 8.1 Adaption des Ansatzes
- 8.2 Herleitung der Gleichungen der kinematischen Probleme
- 8.2.1 Inverses kinematisches Problem des Knickarmroboters
- 8.2.2 Inverses und direktes kinematisches Problem des Portals
- 8.2.3 Simulative Validierung des inversen kinematischen Problems mittels Mehrkörpersimulation
- 8.3 Simulative Umsetzung des modellprädiktiven Ansatzes
- 9 Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Literaturverzeichnis der studentischen Arbeiten
- A1 Datenblätter