Titelaufnahme

Titel
Steuerung eines fahrbaren Roboters mittels zielverfolgender Totalstation / Stefan Lackner
VerfasserLackner, Stefan
Begutachter / BegutachterinWieser, Andreas ; Lederbauer, Stefan
Erschienen2012
UmfangVI, 79 Bl. : graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Fahrbarer Roboter / MobileRobots / Seekur Jr / Steuerung / Regelkreis / Totalstation / Tracking / GeoCOM / Mathematisches Modell / Soll-Trajektorie
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-49408 Persistent Identifier (URN)
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Steuerung eines fahrbaren Roboters mittels zielverfolgender Totalstation [2.19 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Der Einsatz zielverfolgender Totalstationen und echzeitkinematikfähiger GNSS-Empfänger für die Führung und Steuerung von Baumaschinen hat in den letzten Jahren die Automatisierung von Bauprozessen und damit eine wesentliche Steigerung der Arbeitseffizienz auf Großbaustellen bewirkt. Geschlossene Regelkreise ermöglichen eine ständige Nachführung einer Vorgabengröße und entlasten den Maschinenoperateur, sodass dieser bei sogenannten "voll-automatischen" 3D-Steuerungssystemen nur noch die Geschwindigkeit regulieren muss.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Algorithmen zur Steuerung der mobilen Roboterplattform der Forschungsgruppe Ingenieurgeodäsie an der Technischen Universität Wien entwickelt, wobei der Steuerrechner per WLAN mit dem roboterinternen Rechner kommuniziert. Der Zusammenhang zwischen den verwendeten Steuerinputs und der tatsächlichen Positions- und Orientierungsänderungen wird durch ein mathematisches Modell beschrieben und erlaubt die Modellierung der fahrdynamischen Eigenschaften des Roboters. Die Kommunikation zwischen dem zur Steuerung verwendeten Rechner und dem Robotercomputer erfolgt dabei über eine TCP/IP-Socketverbindung.

Durch den in MATLAB implementierten Regelkreis wird der Roboter entlang einer durch Koordinaten vorgegebene Soll-Trajektorie navigiert und der Steuerrechner erhält in Echtzeit die Position des am Roboter befestigten 360-Prismas von einer Totalstation zur Regelung der Querabweichungen.

Die Übertragung der Trackingdaten zwischen Totalstation und Steuerrechner erfolgt über die GeoCOM-Schnittstelle. Bei den durchgeführten Testfahrten werden verschiedene Befestigungspositionen des Prismas auf dem Roboter und deren Auswirkung bei Richtungswechseln der Soll-Trajektorie auf die Regelgüte untersucht und die Unterschiede aufgezeigt.

Die Analyse der Abweichungen zwischen der gemessenen und der vorgegebenen Trajektorie zeigt, dass ein Oval bestehend aus zwei Geraden und zwei Halbkreisbögen mit einem rms der lateralen Abweichungen zur Soll-Trajektorie von besser als 7 mm nachgefahren werden kann.

Zusammenfassung (Englisch)

In the last couple of years the application of target tracking total stations and real-time kinemetic GNSS receivers for the guidance and control of construction machines has led to an automation of construction phases and therefore to a significant increase of working efficiency at constructions sites. Closed loop controls allow a permanent setpoint tracing and also relieve the operator during the working process, so that he only has to regulate the velocity of so-called "fully automatic" 3D-control systems.

During my diploma thesis algorithms were developed to control the mobile robot of the research institute of engineering geodesy at the Vienna University of Technology. The control computer communicates through wireless LAN with the internal computer of the robot. The relations between the control inputs and the actual changes in position and orientation are described by using a mathematical model which includes the dynamic properties of the robot. The communication between the computer which is used for controlling and the computer of the robot is established through a TCP/IP-socket connection.

By the implemented closed loop control the robot is being navigated along a trajectory given by coordinates and gets the position of the mounted 360 prism from the total station to control the lateral deviations in real-time. The transmission of tracking data between total station and control computer is established through the GeoCOM interface. During the realised test drives several different positions to fix the prism on the robot and the impact of changes in direction on the control quality are investigated and the differences are shown.

The analysis of deviations between the surveyed and the given trajectory demonstrate that an oval of two straight lines and two semi-circular arches can be followed with a root mean square (rms) of the lateral deviations to the given trajectory of better than 7 mm.