Interaction Control of Parallel Robots Based on Skill Primitives

Roboter sind als universell einsetzbare Werkzeuge unverzichtbarer Bestandteil des weiterhin bestehenden Trends hin zur Automatisierung der Produktion. Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag das besondere Potential von Parallelrobotern, das diese gegenüber den hauptsächlich in der Industrie eingesetzten seriellen Robotern besitzen, zu nutzen. In der Arbeit wird eine umfassendes Kontaktregelungskonzept für Parallelroboter auf der Basis von Aktionsprimitiven vorgestellt, das eine sensorbasierte und fehlertolerante Programmierung von Roboteraufgaben ermöglicht. Eine unterlagerte Antriebsregelung, deren Stabilität durch einen Beweis auf Basis der Passivitätstheorie gewährleistet wird, berücksichtigt die dynamischen Eigenschaften von Parallelrobotern. Die Kontaktregelung umfasst die Gesamtheit der Vorgänge zwischen dem Endeffektor des Parallelroboters und der Umgebung während einer Montageaufgabe: Eine entwickelte Systemdynamik im Umgebungskontakt berücksichtigt die im Task-Frame des Aktionsprimitivs auftretenden Kräfte und Momente in realistischer Weise. Abpralleffekte bei der Aufnahme des Umgebungskontakts durch den Endeffektor werden mit den Gesetzmäßigkeiten der nicht-glatten Mechanik beschrieben und durch die Regelung bedämpft. Die Stabilität des Systemverhaltens in diesem Zustand wird durch Moreaus Stoßprozess validiert. Experimentelle Untersuchungen zeigen abschließend die Leistungsfähigkeit der vorgestellten Regelungskonzepte in der praktischen Anwendung.The trend toward a fully automated production of goods is still a major topic for the industry. Robots as universal and programmable automation devices play an important role in this process. In comparison to serial robots, parallel kinematic machines posses some characteristics that make them most suitable for high-speed assembly tasks. In this thesis, an interaction control concept for parallel kinematic machines based on robot programming with skill primitives is presented that utilizes the capabilities of parallel kinematic machines. The use of skill primitives allows a sensor-based and fault tolerant programming of robot tasks. A subordinated drive control takes the special characteristics of parallel kinematic machines into account. Its stability is verified using a passivity based approach. A global approach describing all effects occurring while the end-effector establishes contact with a surface of the environment characterizes the interaction control concept. The constraint system dynamics introduces an environment dependent interaction frame of the skill primitive. Thus, forces and torques in the task frame are modeled realistically during a robot task. Impacts of the robot's end-effector on the environment surface and the system behavior during the transition phase are described using non-smooth mechanics. The impacts are damped by the interaction control and stability of the algorithms is validated by simulations using Moreau's sweeping process. Finally, experiments proof the performance of the introduced control concept for realistic tasks of the parallel robot