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Prototypbasiertes Skill-Modell zur Programmierung von Robotern für kraftgeregelte Montageprozesse
(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2021) Nägele, Frank; Pott, Andreas (PD Dr.-Ing. habil.)
Ausgehend von der Motivation, den Einsatz von Industrierobotern für Montageanwendungen zu erleichtern, wird in dieser Arbeit ein Skill-Modell zur Programmierung kraftgeregelter Montageprozesse konzipiert und demonstriert. Klassische Positions- und Bahnsteuerungen zielen auf das sequenzielle Anfahren abgespeicherter Zielpositionen mit hoher Geschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit ab. Sie stoßen jedoch bei vielen Montageprozessen an ihre Grenzen, die stattdessen eine definierte Regelung der Fügekräfte erfordern und eine große Anzahl von Produktvarianten abdecken müssen. Skill-basierte Methoden wie der in dieser Arbeit verwendete iTaSC Formalismus erlauben es hingegen, Positions-, Geschwindigkeits- und Kraftregelung zu vereinen und durch eine werkstückzentrierte Modellierung Programme leicht an Varianten anzupassen. Es stellt sich allerdings die Frage, wie auf Basis eines solchen Formalismus eine umfangreiche Skill-Bibliothek erstellt werden kann, mit deren Skills sich eine große Vielzahl an Montageprozessen effizient realisieren lässt. Das vorgestellte pitasc Skill-Modell wird daher als Baukastensystem entworfen. Die elementaren Bausteine, aus denen sich Skills zusammensetzen, werden in die Teilaspekte Hardwareabstraktion, kinematische Modellierung, Aufgabenspezifikation mit Reglern und Stoppbedingungen sowie Koordination der einzelnen Skills mittels Statecharts aufgeteilt. Da jeder Baustein nur einen der Teilaspekte modelliert, wird seine Wiederverwendung erleichtert. Um nicht jeden Skill von Grund auf neu zusammensetzen und parametrieren zu müssen, können Skills mittels Komposition und prototypbasierter Vererbung auf bestehenden Skills aufbauen und diese wiederverwenden und erweitern. Die Modellierung erfolgt dabei in einem generischen Parameterbaum, der es erlaubt, die Methoden der Parametrierung, Komposition und Vererbung auf alle Arten von Parametern gleichermaßen anzuwenden – vom einfachen String über Bausteine und Skills bis hin zu ganzen Anwendungen. Zur einfachen Modellierung wird eine domänenspezifische Sprache vorgestellt. Anhand von zehn exemplarischen Montageanwendungen wird gezeigt, dass bereits eine kleine Anzahl an Skills die Basis für eine Vielzahl von industriellen Anwendungsfällen bilden kann und es sehr einfach ist, weitere Skills mittels vorhandener Bausteine zu erstellen. Die erreichbare Robustheit wird ebenso untersucht wie die Abbildung von Produktvarianten über Parameter und die Unabhängigkeit der Skills von den eingesetzten Robotern, Sensoren und Greifern.