Konzept fur ein Sensor/Aktor-Netzwerk fur die robuste Steuerung eines mobilen Roboters mit Allradlenkung

摘要

Im vorliegenden Beitrag wird ein neuartiges Steuerungskonzept fur einen vierradrigen, mobilen Roboter mit Allradlenkung vorgestellt. Der mobile Roboter ist hierbei als Anwendungsbeispiel zu verstehen. Das Steuerungskonzept eignet sich grundsatzlich fur alle Anwendungen bei denen hohe Robustheit und gute Dynamik gefordert ist. Die zentrale Charakteristik dieses Steuerungskonzepts ist die Realisierung als Sensor/Aktor-Netzwerk. Dieses heterogene Netzwerk arbeitet als System mit verteilter Intelligenz. Die primare Zielsetzung dieses Ansatzes ist eine verbesserte Systemrobustheit. Durch Anwendung des Sensor/Aktor-Netzwerkes als Steuerung eines mobilen Roboters kann erreicht werden, dass sich bei Ausfall einer Systemkomponente (eines Sensors, eines Aktors oder einer Recheneinheit) die anderen Komponenten rekonfigurieren und sich auf diese Weise an die veranderten Bedingungen anpassen Somit kann erreicht werden, dass der mobile Roboter weiter operieren kann, auch wenn eine Systemkomponente ausfallt Als Vision soll dabei sogar ein Ausfall einer zentralen Intelligenz (zumindest zeitweise) kompensiert werden. Dies ist insbesondere beim Einsatz eines mobilen Roboters als Bergungsroboter beispielsweise in verschutteten Gebauden oder als Minensuchroboter von grosser Bedeutung. Ein weiterer Vorteil des neuartigen Steuerungskonzeptes ist die Moglichkeit die Steuerung an wechselnde aussere Bedingungen (z.B. Reibungsverhaltnisse) oder Anforderungen (z.B. Fahren in kontrollierten Driftsituationen) anzupassen Die Grundidee ist dabei, dass nachteilige Phanomene an der einen Achse, z.B. Rutschen oder Fehlstellung durch ahnliche oder gegensatzliche Phanomene an den anderen Achsen kompensiert werden Durch das beschriebene Steuerungskonzept sowie durch das spezielle, zum Patent angemeldete, Bewegungskonzept des Roboters ergeben sich sehr gute Manovrierfahigkeit und gutes dynamisches Verhalten Zum Aufbau des mobilen Roboters sowie seiner Steuerung wurden Konzepte aus verschiedenen Disziplinen (kunstliche Intelligenz, Sensor/Aktor-Netzwerke, Multiagententheorie, mechanische Modellierung) verwendet und auf der Basis der Strategien und Hilfsmittel des Systems Engineering zusammengefugt Im vorliegenden Beitrag wird zusatzlich der mechanische und elektrische Aufbau des Beispielprodukts, des mobilen Roboters erlautert. Den Abschluss bilden eine Zusammenfassung der im Projekt aufgetretenen Probleme und der Ansatze zu denen Losung sowie ein Ausblick auf weitere Entwicklungsschritte zur Weiterentwicklung des Steuerungskonzept und des mobilen Roboters.