Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    What dynamics should impedance-controlled robots render?
    ( 2019)
    Haninger, Kevin
    ;
    Surdilovic, Dragoljub
    ;
    Bastidas Cruz, Arturo
    While impedance control is the standard framework for physically interactive robots, the design choice of what dynamics should be rendered requires additional information (assumptions on environment, in-situ data). The range of dynamics which can be rendered by a robot is informed by its mechatronic design (actuators, physical compliance, innerloop control), and these mechanical design decisions must be made in advance. How can a mechatronic design be evaluated when the system objectives and environment dynamics are not quantified? This paper presents performance metrics proposed for pHRI in literature, and seeks to move towards a unified methodology for mechatronic design on interactive robots: supporting potential performance and safety over a set of environments.
  • Publication
    Identification of Human Dynamics in User-Led Physical Human Robot Environment Interaction
    ( 2018)
    Haninger, Kevin
    ;
    Surdilovic, Dragoljub
    Human dynamic models are useful in design of physical human-robot and human-robot-environment interaction: informing choice of robot impedance, motivating relaxations to passivity-based safety constraints, and allowing online inference to user intent. Designing for performance objectives such as stable well-damped contact transitions also requires nominal models, but the use of human models in controller design is limited. Established approaches to identify human dynamics apply position or force perturbation and measure the corresponding response, mostly to validate neuromuscular hypotheses on motor control, which raises questions about their transferability to human-led collaboration. Here, human dynamics are identified in a task which closely resembles the final application, where the human leads the robot into contact with a (virtual) wall. This paper investigates the impact of human dynamics on coupled system behavior, and establishes a general framework for identification in human-led scenarios, making consideration of unmeasured human input. Experiments with different stiffness environments allow inference to human dynamics, and characterize the range of human dynamics which can be modulated by the user.
  • Publication
    Multimodal Environment Dynamics for Interactive Robots
    ( 2018)
    Haninger, Kevin
    ;
    Surdilovic, Dragoljub
    Interactive robots offer improved performance in tasks with environmental uncertainty, but accommodating environment input weakens predictions of contact force or position trajectories, making the identification of subtask completion or faults difficult. This paper develops a task monitoring approach for complex assembly tasks that involve transitions between discrete environment dynamic modes. In semi-structured environments, these dynamic modes and their transitions are approximately known a priori, allowing task monitoring through estimation of the current mode and fault detection as a deviation from expected, desired dynamic mode transitions. This allows a more natural description of many interactive tasks, improving robustness to variations in force or position trajectories that impedance control seeks to address. The ability of impedance and admittance controlled robots to identify their environment is investigated, making consideration of joint and end-effector physical compliance. Prior information on environment dynamics and mode transitions allow recursive estimates of dynamic mode suitable for online use, under both full state knowledge and only force/position measurements. Experiments with an admittance controlled robot in a gear assembly task validate the approach.
  • Publication
    Seilroboter für die Montage
    ( 2012)
    Radojicic, Jelena
    ;
    Surdilovic, Dragoljub
    Die Idee, Seile als Antriebssysteme zu nutzen, ist nicht neu. Dennoch sind Seilroboter eine vergleichsweise neue Klasse von Robotersystemen. Besonders bei der Montage und Fertigung von Großbauteilen wie Flugzeugen, Schiffen oder Wind- und Solaranlagen sind die Vorteile der Seilkinematik konkurrenzlos. Damit aus der Zukunftsvision bald Realität wird, entwickeln Fraunhofer-Forscher großräumige Seilrobotersysteme für den flexiblen, effizienten und sicheren Aufbau industrieller Großanlagen, zum Beispiel für erneuerbare Energien oder zum Schutz vor Naturkatastrophen.
  • Publication
    Von der Kraftregelung zur Mensch-Roboter-Kooperation
    ( 2012)
    Surdilovic, Dragoljub
    Das Roboterlabor am Fraunhofer IPK ist eine der traditionsreichsten Spezialeinheiten des Instituts. Es wurde vor über 20 Jahren eingerichtet und konzentrierte sich von Beginn an auf die Erforschung interaktiver Robotersysteme. Dabei stand zunächst die Wechselbeziehung des Roboters mit seiner Umgebung im Zentrum des Interesses. Ziel war es, Systeme zu entwickeln, mittels derer Roboter in der Lage sind, Kräfte zu spüren und ihr eigenes Verhalten entsprechend anzupassen.
  • Publication
    Kooperative Roboter - gemeinsam sind wir stärker
    ( 2012)
    Surdilovic, Dragoljub
    Moderne Industrieroboter zeichnen sich durch Präzision, Schnelligkeit und Leistung aus. Allerdings wird ihr Leistungsvermögen in absehbarer Zeit nicht annähernd die Intelligenz und Geschicklichkeit des Menschen erreichen. Daher ist es ideal, die positiven Eigenschaften von Mensch und Roboter zu kombinieren. Wissenschaftler am Fraunhofer IPK erforschten neue Ansätze einer solchen Kooperation und setzten sie prototypisch um. Zwei dieser Prototypen fanden bereits Einsatz in der Industrie. Das Konzept basiert auf der direkten Kooperation zwischen Mensch und Roboter bei physischem Kontakt, wie zum Beispiel im Fall des gemeinsamen Handhabens beziehungsweise Fügens eines Objektes.
  • Publication
    Robotereinsatz in der Natursteinbehandlung
    ( 2011)
    Surdilovic, Dragoljub
    ;
    Manthei, Marcel