Identifikation der Impedanzparameter des menschlichen Arms mit dem sieben-Achs DLR Leichtbauroboter

Kurzfassung

Moderne Robotersysteme interagieren dynamisch mit ihrer Umgebung. Um diese Interaktionen erfolgreich Durchführen zu können geht der Trend in der Forschung in Richtung nachgiebige Roboter- und Regelungsstrukturen. Dabei stellt sich die Frage, wie die Impedanz, d.h. die Steifigkeit und Dämpfung dieser Strukturen einzustellen ist. Neben heuristischen Methoden ist das Nachahmen der menschlichen Eigenschaften ein vielversprechendes Forschungsfeld. Daher werden in dieser Arbeit Methoden zur Messung der Impedanzparameter des menschlichen Arms untersucht. Auf der Basis klassischer Methoden der Mechanik, werden Modelle des menschlichen Arms abgeleitet. Diese Modelle sind nichtlinear bezüglich der Massendynamik und linear bezüglich der unbekannten Modellparameter und werden mit Methoden der linearen Optimierung bestimmt. Die experimentelle Parameteridentifikation wird mit dem drehmoment- und positionsgeregelten sieben-Achs DLR Leichtbauroboter durchgeführt, wobei die Konfiguration des Roboters bezüglich Beweglichkeit und Eigenschaft als Positionssensor optimiert wird. Das Ergebnis dieser Arbeit ist eine praktisch verifizierte Methode zur Bestimmung der Impedanz des menschlichen Arms. Anhand von Simulationen und Messungen wird gezeigt, dass zur Identifikation der Trägheits-, Steifigkeits- und Dämpfungsparameter eine Anregungszeit von mindestens 300 ms benötigt wird. Die experimentell bestimmten Modellparameter sind bezüglich mechanischer Grundgesetze konsistent.