Kalibration des medizinischen Leichtbauroboters MIRO hinsichtlich der elastischen Roboterkinematik, der internen Momentensensorik und der Massenparameter

Abstract

Die Kalibration von Robotern ist eine vielfach untersuchte Problemstellung in der Robotik. Durch die Entwicklung immer komplexerer Robotersysteme hinsichtlich ihrer Sensorik bzw. ihrer Bauweise müssen die vorhandenen Methoden zur Kalibration weiterentwickelt und auf den jeweiligen Robotertyp angepasst werden. Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden Sensorik, Dämpfungs- und Elastizitätsparameter vor dem Zusammenbau kalibriert, wobei die Gelenke einzeln auf einem Prüfstand untersucht werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Kalibrationsmethode für Leichtbauroboter in zusammengebautem Zustand. Die Gelenke und Strukturkomponenten sind hierbei als elastisch anzunehmen und verfügen über integrierte Drehmomentensensorik verfügen. Angewandt wird dieses Verfahren auf den medizinischen Leichtbauroboter MIRO, dessen Einsatz in der robotergestützten Chirurgie geplant ist. Bei dem Verfahren handelt es sich um einen schrittweisen Prozess. Im ersten Schritt werden die kinematischen Zusammenhänge, sowie die elastischen Eigenschaften des Roboters identifiziert. Daraufhin folgt die Modellierung und Kalibration der internen Drehmomentensensorik. Ein dritter Schritt ist nötig um die Massen und Massenschwerpunkte der einzelnen Roboterglieder zu identifizieren. Die Durchführung der einzelnen Kalibrationsschritte und deren Verifikation zeigen die Tauglichkeit des Verfahrens. Die Pose-Genauigkeit des MIRO kann von 5 mm auf 0.5 mm translatorisch und rotatorisch von 3° auf 0.3° verbessert werden. Auch die Messabweichungen der Drehmomentensensoren können bis zu 85 % verringert werden. Für folgende Arbeiten wird vorgeschlagen den Kalibrationsprozess iterativ anzuwenden, um den Einfluss der fehlerhaften Drehmomentenmessung im ersten Kalibrationsschritt zu kompensieren.