ISBN 978-3-8439-3740-5

978-3-8439-3740-5, Reihe Elektrotechnik

Albert Marschall
Hochpräzise Funkortungstechniken für Handhabungssysteme basierend auf Apertursyntheseverfahren

152 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit wurden Verfahren aufgezeigt, mit denen sich mittels Sekundär-Radar die Position und die Lage einer Roboterwerkzeugspitze im Raum bestimmen lassen. Bei den Methoden handelt es sich um bildgebende Verfahren, welche die Amplitude und die Phase des gemessenen Signals verwenden, um mittels kohärenter Überlagerung das Ziel bestimmen zu können.

Im Einzelnen wurde das Multilaterale Inverse Synthetische Apertur Sekundärradar-Verfahren (MISAS-Verfahren) angewandt, welches mittels Bewegung eine synthetische Apertur aufspannt und über eine Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion die Position des Ziels bestimmt.

Mit dem in dieser Arbeit entworfenen erweiterten MISAS-Verfahren (eMISAS) wird die Pose des Tool Center Points bestimmt. Das Verfahren wird in 3D simuliert und in 2D auf einem funkortungsbasierten Handhabungssystem angewandt.

Um die Bewegung des Tool Center Points am Ende eines flexiblen Arms charakterisieren zu können, wurde ein echtzeitfähiges Relativortungsverfahren (RO) entwickelt. Bei dem Relativortungsverfahren handelt es sich um eine neuartige Erweiterung des MISAS-Verfahrens, das Ergebnisse in einer höheren Abtastrate zur Verfügung stellen kann, als das rechenaufwändige MISAS-Verfahren, welches bei der gewählten Frequenz von 5,8 GHz verhältnismäßig lange Aperturen von mehreren Zentimetern benötigt.

Neben dem MISAS-Verfahren gibt es das MSAS-Verfahren, welches bei Mehrkanalsystemen verwendet wird, und bei dem somit auf die Bewegung des Transponders als Grundlage zur Ortung verzichtet werden kann. Für das MSAS-Verfahren wurde ein neu-artiger Kalibrationsalgorithmus entwickelt, um die Position der Antennenelemente der stationären Antenne bestimmen zu können.

Ziel war es, die Ortungsergebnisse zur Zustandsschätzung und zur Regelung eines flexiblen Roboterarms zur Verfügung zu stellen. Dabei wurden Genauigkeiten unter 10 mm und Abtastraten bis 0,066 s erreicht, was bereits dazu genutzt werden kann, nieder-frequente Schwingungen eines flexiblen Roboterarms zu detektieren und Positionen zu regeln.