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Robotic Systems Lab der TU Wien nutzt MATLAB für Echtzeittests
Mit Franka Robotics werden rutschfreie Aufschläge und Hardware-in-the-Loop-Experimente realisiert
„Die Franka Toolbox for MATLAB hat sich als sehr nützlich erwiesen, da sie es uns ermöglicht, Algorithmen, die wir in der Theorie und in Simulationen entwickelt haben, direkt auf den realen Roboter zu übertragen.“
Wichtigste Ergebnisse
- MATLAB- und Simulink-Tools ermöglichten eine zuverlässige und effektive Kommunikation mit physischen Robotern
- Forscher haben mit MATLAB einen nahtlosen Übergang zwischen Robotersimulationen und der Steuerung eines physischen Roboters geschaffen
- Simulation und Kommunikation mit physischen Robotern mithilfe von MATLAB sparten Zeit, sodass sich die Forscher auf die Entwicklung von Steuerungssystemen konzentrieren konnten.
Mithilfe von MATLAB und Simulink Tools führten die Forscher Hardware-in-the-Loop-Simulationen einer schwebenden Multirotor-Manipulationsplattform durch.
Franka Robotics ist ein deutsches Unternehmen, das sich auf die Entwicklung von Roboterplattformen und -systemen konzentriert, darunter auch einem Gelenkroboterarm. Um Forschungskunden den Übergang zwischen Computersimulationen und physischen Tests in Echtzeit zu erleichtern, entwickelte das Franka-Team die Franka Toolbox for MATLAB®. Unter der Leitung von Professor Christian Ott wenden Forscher am Robotic Systems Lab der TU Wien in Österreich diese Tools in ihren Laboren auf komplexe Szenarien an.
In einem Szenario wird ein Franka FR3-Roboter für Hardware-in-the-Loop-Simulationstests eines komplexen Robotersystems verwendet, das aus einem Manipulator besteht, der an einer hängenden Multirotor-Plattform befestigt ist. Die Forscher verwendeten MATLAB und Simulink®, um die Dynamik des Systems vollständig zu simulieren, wobei der Franka-Roboter die Endeffektordynamik des Manipulators emuliert, um eine echte Rückmeldung der Kontaktkraft zu liefern. Die Franka Toolbox for MATLAB erleichterte diesen Prozess und ermöglichte Echtzeitinteraktion und -überwachung des gesamten Systems über Simulink.
Das Team setzte die Toolbox auch ein, um das Rutschen des Endeffektors des Franka-Roboters nach dem Aufprall zu untersuchen. Die Unterdrückung eines solchen Kontaktschlupfs ist für Roboteranwendungen wie Hämmern oder Stanzen von entscheidender Bedeutung. Forscher der TU Wien zeigten, dass ein Abrutschen verhindert werden kann, wenn die Annäherungsrichtung mit der einzigartigen Anti-Rutsch-Aufprallrichtung (NSID) des Ziels übereinstimmt, die aufgrund der Trägheits- und kinematischen Eigenschaften des Roboters variiert. Durch Optimierungen können geeignete Zielpunkte identifiziert werden, um beispielsweise vertikale, rutschfreie Aufschläge zu ermöglichen.
Für dieses Projekt wurden modellbasierte Analysen mit MATLAB und Simulink durchgeführt und die Ergebnisse mit der Franka Toolbox for MATLAB validiert. Die Forscher empfanden den nahtlosen Übergang von der Simulation zum physischen Testen und die Möglichkeit, Benutzeroberflächen einfach in Simulink zu implementieren, als vorteilhaft. Das Team hat eine interaktive Demo erstellt, um die Variation der NSID mit dem Ziel zu veranschaulichen. Benutzer können den Roboter zu einem gewünschten Ziel führen, während sie die entsprechende NSID in einer Live-Animation des Roboters beobachten. Sobald das Ziel festgelegt ist, können Aufschläge ausgeführt werden, die zeigen, dass das Rutschen nur unter der NSID unterdrückt wird.
Mit der Franka Toolbox for MATLAB können Forscher Franka-Roboter direkt von Simulink aus steuern und so von MATLAB- und Simulink-Funktionen wie effizienter Steuerungssystemimplementierung, Online-Parameteroptimierung und schneller Benutzeroberflächenentwicklung profitieren. Es erleichtert nahtlose Übergänge zwischen Robotersimulationen in Simulink und Tests in der realen Welt, verbessert die Zusammenarbeit zwischen Teams und gibt ihnen mehr Zeit, sich auf die Entwicklung von Steuerungssystemen für ihre Anwendungen zu konzentrieren.
In Zukunft möchte das Team erforschen, wie MATLAB und Simulink für weitere Roboterhardware eingesetzt werden können.
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