Volume 49, Issue 4 - 4

Zur effizienten Bewegung eines autonomen mobilen Roboters in unterschiedlichen Umgebungen ist eine Anpassung der Bewegungsführung an die jeweilige Umgebung notwendig. Eine typische Büroumgebung enthält klassifizierbare Umgebungsstrukturen wie Gänge, Räume, Abzweigungen und Türen. Für jede dieser Strukturen gibt es spezielle Methoden zur Bewegungsführung, die den Methoden, die für beliebige Umgebungen anwendbar sind, bezüglich Sicherheit, Effizienz und Geschwindigkeit überlegen sind. In diesem Beitrag werden einige solcher speziellen Methoden vorgestellt. Die Umsetzung auf ein reales Robotersystem wird erörtert, und die erzielten Ergebnisse werden für einige Testfahrten dargestellt.

Die Neutralisation ist ein chemischer Prozesses, dessen stark nichtlineare Dynamik eine nichtlineare Regelung erfordert. In diesem Beitrag wird ein Regelungskonzept verwendet, bei dem ein qualitativer prädiktiver Regler mit einem linearen Regler kombiniert wird. Der lineare Regler wird dabei nur in der Nähe des neutralen Punktes verwendet, wohingegen der qualitative Regler außerhalb dieses Bereiches eingesetzt wird. Es werden die mathematischen Grundlagen und die experimentelle Erprobung dieses Reglers beschrieben.

Bei minimal invasiven Operationen orientiert sich der Chirurg an einem Monitorbild. Ein Endoskop mit Kamera und die zur Operation benötigten Instrumente werden durch Röhren (Trokare) in den Körper des Patienten (z.B. Bauchraum) eingeführt. Zur Entlastung des Operationsteams soll das Nachführen (Tracking) des Endoskops, das durch ein Endoskopführungssystem getragen wird, zukünftig nicht manuell, sondern automatisch erfolgen. Das Endoskopführungssystem ist dabei ein spezielles kinematisches System, dessen Achsen durch Motoren bewegt werden. Für das automatische Tracking wird ein Verfahren vorgestellt, das auf Basis der Optimierung einer vorgegebenen Gütefunktion arbeitet. Durch die Gütefunktion lassen sich ein gewünschtes Bahnverhalten der zu verfolgenden Objekte auf dem Bildschirm beim Ausregelvorgang sowie die Minimierung des dazu notwendigen Stellaufwands fordern. Das angewandte Optimierungsverfahren berücksichtigt dabei die einzuhaltenden Restriktionen, die aus den maximalen Achsgeschwindigkeiten und den Endlagen der Gelenke des Endoskopführungssystems resultieren.

Es wird eine Methode zur rechnergestützten Synthese linearer Regler vorgestellt. Sie beruht auf einer direkten Berechnung des freien Parameters Q in der Parametrisierung aller stabilisierenden Regler. Regelungsvorgaben im Zeit- und Frequenzbereich werden in Form von linearen Ungleichungen an Q berücksichtigt. Diese Ungleichungen werden approximiert und mittels linearer Optimierung gelöst. Die Approximation wird durch eine Diskretisierung, unter anderem der Zeit- und Frequenzachse, sowie durch eine Festlegung einiger Eigenwerte des geschlossenen Regelkreises realisiert.

Bei nichtlinearen Regelstrecken können die Parameter eines PID-Reglers meist nur empirisch und mit viel Aufwand bestimmt werden. Dieser Beitrag zeigt, wie sie mit Hilfe eines neuronalen Streckenmodells und eines Optimierungskriteriums berechnet werden. Von den Regelstrecken müssen nur eine Folge von Zustandsvektoren und die zugehörige Stellgrößenfolge bekannt sein. Die Regelparameter werden rechnerisch, ohne weiteren Einsatz der Regelstrecken bestimmt. Das Konzept wird an einem synthetischen Beispiel entwickelt und auf eine reale Strecke angewendet.