Dezentrales Roboter-Schweißen mithilfe einesoptisch verfolgten Eingabegerätes

Abstract

Diese Ausarbeitung beschäftigt sich mit der Inbetriebnahme einer Mensch-Roboter- Applikation für das ferngesteuerte Schweißen. Dafür wird im Verlauf ein Testsystem entwickelt, mit welchem eine Fachkraft in Echtzeit schweißen kann, ohne sich den dazugeh örigen körperlichen Beanspruchungen und Gefährdungen aussetzen zu müssen. Diese Arbeit baut auf der Abschlussarbeit von P. Zuther [28] auf. In ihr wird die Brennerbewegung des Schweißers über ein stereoskopisches Sensorsystem erfasst. Weiterführend wird aufgrund der Geschwindigkeit der Erfassung und der Abfrage nach Daten durch die Steuerung eine Prädiktion entwickelt, die aus den quantisierten Daten eine möglichst kontinuierliche, zweifach differenzierbare Trajektorie generiert. Hierzu wird ein Kalman-Filter in Kombination mit einem PT-2-Störgrößenbeobachter eingesetzt, welcher die Handbewegung nahezu phasenfrei und korrekt wiedergibt. Die Ausführung der Algorithmen erfolgt auf einem Echtzeitsystem auf Linux-Basis und Preemt_RT. Für die Gewährleistung einer analogen Bewegung des Brenners von Anwender und Roboter in derselben Ebene müssen die jeweiligen Arbeitsbereiche zueinander referenziert werden. Für die Vermessung der geometrischen Lage der Arbeitsebene des Roboters wird ein zweidimensionaler Laserscanner genutzt. Auf der Anwenderseite wird zur Erstellung der Basisebene die Orientierung und Lage eines Markers bestimmt, welcher in einer Momentaufnahme den Koordnatenursprung und die Achsausrichtungen vorgibt. Weiterführend wird die Werkzeugspitzeüber eine definierte Halterung in ihrer Orientierung und Lage zu dem am Brenner befestigtem Marker ermittelt. Dadurch ist es möglich, die Werkzeugspitzen des Roboters als auch die des Anwenders zu koppeln. Die Resultate der Validierung bestätigen, dass das System erfolgreich in Betrieb genommen werden konnte und die Schweißergebnisse in der Ebene von guter Qualität sind.

This master thesis deals with the commissioning of a human-robot application for remote controlled welding. For this purpose, a test system will be developed. It allows a skilled worker to weld in real time without having to expose himself to the associated physical stress and hazards. This work builds on the bachelor thesis of P. Zuther [28]. In it the torch movement of the welder is recorded by a stereoscopic sensorsystem. Further on, due to the speed of the acquisition and the query for data by the control system, a prediction has to be developed. It should generates a trajectory from the quantized data, wich is as continuosus as possible an wich can be differentiated twice. For this purpose, a Kalman-Filter in combination with an PT-2 disturbance observer is used. It reproduce the hand movment almost phase-free and correctly. The required algorithm performs on an real-time operating system based on Linux and Preemt_RT. In order to guarantee the movemnt of the torch by user and robot in the same plane, the respective working areas have to be referenced to each other. A two-dimensional laserscanner is used to measure the Orientation and Position of the working plane form the robot.To create a base-plane for the user the geometric position of a Marker is used. Due to a snapshot of the System, the cordinate origin and axis directions are created. The Tool Center Point (TCP) of the torch is determined via a defined holder in its location. From there on the TCP gets reffered to the Marker attached to the torch. Now it is possible to couple the TCPs of the Robot as well as those of the user. The results of the validation confirm that the system has been successfully put into operation and that the welding results in the plane are of good quality.