Mobile Roboter werden in der Industrie, im Consumer-Bereich und in der Landtechnik zunehmend eingesetzt. Erste Erprobungsphasen für Robotaxis werden von Automobilkonzernen und großen Technologieunternehmen durchgeführt. Endverbraucher können einfache bis komplexere Roboter zur Unterstützung in Haushalt und Garten erwerben. In der Landwirtschaft werden insbesondere in der Tierhaltung verschiedene Mobilroboter eingesetzt, um die Tiere zu füttern und die Ställe zu reinigen. Die Vielfalt der Anwendungsgebiete und der kommerziellen Erfolge deutet darauf hin, dass mobile Roboter in Zukunft verstärkt für den Transport von Gütern und Personen sowohl on-road als auch intralogistisch eingesetzt und landwirtschaftliche Prozesse automatisiert werden. Die mobile Robotik als Wissenschaftsdisziplin beschäftigt sich mit Algorithmen zur Navigation solcher Roboter. Die Hauptbereiche sind Kartierung, Lokalisierung, Umfeldwahrnehmung, Aufgaben- und Bahnplanung sowie Bahnfolgeregelung. Die Bahnfolgeregelung steuert den Roboter mit Hilfe der Lokalisierung entlang einer Bahn zur Zielposition. Es gibt unzählige Veröffentlichungen zu diesem Thema, da verschiedene Regler sowie Algorithmen zur Schätzung von Störungen und Parametern einsetzbar sind. Diese Vielfalt wird durch die Verwendung von dynamischen und kinematischen Fahrzeugmodellen sowie den verschiedenen Lenkungsarten (Ackermann-, Differential- und Knicklenkung) vergrößert. Zur Verbesserung der Regelung kann bei Off-Highway-Fahrzeugen der Regelungspunkt in das Werkzeug wie z. B. der Schaufel eines Radladers gelegt werden. Es gibt aber wenige Publikationen zu dieser Thematik. In dieser Arbeit wird eine Methode entwickelt, um die Komplexität beim Entwurf einer Bahnfolgeregelung handhaben zu können. Zum Aufstellen dieser Methode werden die verschiedenen Module des Regelkreises untersucht: Regler, Bahnplanung, Vorsteuerung, Vorausschaulänge, Adaption der Geschwindigkeit und Regelparameter, Schätzung von Störgrößen und Parametern. Es werden ausschließlich kinematische Modelle verwendet, um beliebige Regelungspunkte entlang der Fahrzeuglängsachse und die drei Lenkungsarten zu regeln. Sie sind aufgrund von kleinen Geschwindigkeiten für Off-Highway-Anwendungen geeignet. Die Entwurfsmethode ist angelehnt an die agile Software-Entwicklung und besteht aus drei Phasen: Analyse-, Implementierungs- und Testphase. Der Zyklus wird mit diesen Phasen iterativ durchlaufen. Das Ziel ist, den Regelkreis möglichst einfach zu halten und nur so komplex wie nötig zu gestalten, indem zunächst mit einer begrenzten Anzahl einfacher Module und Methoden begonnen wird. In der kurzgehaltenen Analysephase werden Ziele definiert und der Roboter modelliert, um in der Implementierungsphase schnell zu einer nutzbaren Regelung zu gelangen. Diese wird in der Testphase geprüft. Sobald alle Ziele erfüllt sind, ist eine passende Bahnfolgeregelung entworfen. Die Entwicklungsmethode als zentrales Ergebnis dieser Arbeit wird anhand von drei Anwendungsbeispielen für die drei Lenkungsarten erfolgreich validiert – Traktor, differentialgelenkter Entmistungsroboter und Radlader.
Entwurf von Bahnfolgeregelungen für beliebige Regelungspunkte und Lenkungsarten
2024
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