Rotary Flexible Joint

Dieser Laborversuch eignet sich zur Modellierung des dynamischen Verhaltens von großen Roboterarmen mit elastischen Gelenken. Bei der regelungstechnischen Auslegung in der Anwendung stellen sich u.a. folgende Fragen: Wie schnell kann der Arm in die Zielposition gebracht werden? Ist ein Überschwingen erlaubt (Präzision)? Gibt es Beschleunigungsbeschränkungen, die nicht überschritten werden dürfen? Variiert die Masse des zu transportierenden Gegenstandes?

Der Aufbau

Die Versuchsapparatur besteht aus drei Hauptteilen:

  1. Basismodul
  2. Gelenkverbindung
  3. Arm

Das Basismodul beinhaltet einen Gleichstrommotor, der über ein Getriebe die Gelenkverbindung rotatorisch bewegt. Der Arm ist wiederum mit Federn flexibel an der Gelenkverbindung montiert. Der für die Regelung benötigte Winkel zwischen Gelenkstück und Arm wird von einem Sensor gemessen. Das Verhalten des Systems lässt sich durch verschiedene Federpositionen, Armlängen und -massen modifizieren.

Videos: Drehung des Armes in eine neue Zielposition

Im ersten Video sieht man, wie der Arm ohne Regelung in eine neue Zielposition gedreht wird, dabei deutlich überschwingt und erst nach einer gewissen Zeit zur Ruhe kommt. Dieses Verhalten ist natürlich nicht wünschenswert.

Im Gegensatz dazu wird im zweiten Video ein Regelungskonzept angewandt. Die Verbesserung ist offensichtlich: Der Arm erreicht fast ohne Überschwingen die Zielposition und kommt schnell zur Ruhe.

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Erste Video: Rotary Flexible Joint (ohne Regelung)

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Zweite Video: Rotary Flexible Joint (mit Regelung)

Herausforderung für das Studium

  • Modellierung des Systems, Parameterschätzung
  • Auslegung diverser Regelungskonzepte (z.B. Zustandsregelung, flachheitsbasierte Steuerung, 2-Freiheitsgrade-Regelung, modellprädiktive Regelung)
  • Untersuchung der Auswirkung von Modellierungsfehlern
  • Untersuchung der Einflüsse von Störungen

Anwendung in der Praxis

  • Regelung von Roboterarmen

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