Plug-and-Participate for Limited Devices in the Field of Industrial Automation

Ausgangspunkt und gleichzeitig Motivation dieser Arbeit ist die heutige Marktsituation: Starke Kundenbedürfnisse nach individuellen Gütern stehen oftmals eher auf Massenproduktion ausgerichteten Planungs- und Automatisierungssystemen gegenüber - die Befriedigung individueller Kundenbedürfnisse setzt aber Flexibilität und Anpassungsfähigkeit voraus. Ziel dieser Arbeit ist es daher, einen Beitrag zu leisten, der es Unternehmen ermöglichen soll, auf diese individuellen Bedürfnisse flexibel reagieren zu können. Hierbei kann es im Rahmen der Dissertation natürlich nicht um eine Revolutionierung der gesamten Automatisierungs- und Planungslandschaft gehen; vielmehr ist die Lösung, die der Autor der Arbeit präsentiert, ein integraler Bestandteil eines Automatisierungskonzeptes, das im Rahmen des PABADIS Projektes entwickelt wurde: Während PABADIS das gesamte Spektrum von Planung und Maschineninfrastruktur zum Inhalt hat, bezieht sich der Kern dieser Arbeit weitestgehend auf den letztgenannten Punkt - Maschineninfrastruktur. Ziel war es, generische Maschinenfunktionalität in einem Netzwerk anzubieten, durch das Fertigungsaufträge selbstständig navigieren. Als Lösung präsentiert diese Dissertation ein Plug-and-Participate basiertes Konzept, welches beliebige Automatisierungsfunktionen in einer spontanen Gemeinschaft bereitstellt. Basis ist ein generisches Interface, in dem die generellen Anforderungen solcher ad-hoc Infrastrukturen aggregiert sind. Die Implementierung dieses Interfaces in der PABADIS Referenzimplementierung sowie die Gegenüberstellung der Systemanforderungen und Systemvoraussetzungen zeigte, das klassische Plug-and-Participate Technologien wie Jini und UPnP aufgrund ihrer Anforderungen nicht geeignet sind - Automatisierungsgeräte stellen oftmals nur eingeschränkte Ressourcen bereit. Daher wurde als zweites Ergebnis neben dem Plug-and-Participate basierten Automatisierungskonzept eine Plug-and-Participate Technologie entwickelt - Pini - die den Gegebenheiten der Automatisierungswelt gerecht wird und schließlich eine Anwendung von PABADIS auf heutigen Automatisierungsanlagen erlaubt. Grundlegende Konzepte von Pini, die dies ermöglichen, sind die gesamte Grundarchitektur auf Basis eines verteilten Lookup Service, die Art und Weise der Dienstrepräsentation sowie die effiziente Nutzung der angebotenen Dienste. Mit Pini und darauf aufbauenden Konzepten wie PLAP ist es nun insbesondere möglich, Automatisierungssysteme wie PABADIS auf heutigen Anlagen zu realisieren. Das wiederum ist ein Schritt in Richtung Kundenorientierung - solche Systeme sind mit Hinblick auf Flexibilität und Anpassungsfähigkeit gestaltet worden, um Kundenbedürfnissen effizient gerecht zu werden

Plug-and-Participate for Limited Devices in the Field of Industrial Automation

Ausgangspunkt und gleichzeitig Motivation dieser Arbeit ist die heutige Marktsituation: Starke Kundenbedürfnisse nach individuellen Gütern stehen oftmals eher auf Massenproduktion ausgerichteten Planungs- und Automatisierungssystemen gegenüber - die Befriedigung individueller Kundenbedürfnisse setzt aber Flexibilität und Anpassungsfähigkeit voraus. Ziel dieser Arbeit ist es daher, einen Beitrag zu leisten, der es Unternehmen ermöglichen soll, auf diese individuellen Bedürfnisse flexibel reagieren zu können. Hierbei kann es im Rahmen der Dissertation natürlich nicht um eine Revolutionierung der gesamten Automatisierungs- und Planungslandschaft gehen; vielmehr ist die Lösung, die der Autor der Arbeit präsentiert, ein integraler Bestandteil eines Automatisierungskonzeptes, das im Rahmen des PABADIS Projektes entwickelt wurde: Während PABADIS das gesamte Spektrum von Planung und Maschineninfrastruktur zum Inhalt hat, bezieht sich der Kern dieser Arbeit weitestgehend auf den letztgenannten Punkt - Maschineninfrastruktur. Ziel war es, generische Maschinenfunktionalität in einem Netzwerk anzubieten, durch das Fertigungsaufträge selbstständig navigieren. Als Lösung präsentiert diese Dissertation ein Plug-and-Participate basiertes Konzept, welches beliebige Automatisierungsfunktionen in einer spontanen Gemeinschaft bereitstellt. Basis ist ein generisches Interface, in dem die generellen Anforderungen solcher ad-hoc Infrastrukturen aggregiert sind. Die Implementierung dieses Interfaces in der PABADIS Referenzimplementierung sowie die Gegenüberstellung der Systemanforderungen und Systemvoraussetzungen zeigte, das klassische Plug-and-Participate Technologien wie Jini und UPnP aufgrund ihrer Anforderungen nicht geeignet sind - Automatisierungsgeräte stellen oftmals nur eingeschränkte Ressourcen bereit. Daher wurde als zweites Ergebnis neben dem Plug-and-Participate basierten Automatisierungskonzept eine Plug-and-Participate Technologie entwickelt - Pini - die den Gegebenheiten der Automatisierungswelt gerecht wird und schließlich eine Anwendung von PABADIS auf heutigen Automatisierungsanlagen erlaubt. Grundlegende Konzepte von Pini, die dies ermöglichen, sind die gesamte Grundarchitektur auf Basis eines verteilten Lookup Service, die Art und Weise der Dienstrepräsentation sowie die effiziente Nutzung der angebotenen Dienste. Mit Pini und darauf aufbauenden Konzepten wie PLAP ist es nun insbesondere möglich, Automatisierungssysteme wie PABADIS auf heutigen Anlagen zu realisieren. Das wiederum ist ein Schritt in Richtung Kundenorientierung - solche Systeme sind mit Hinblick auf Flexibilität und Anpassungsfähigkeit gestaltet worden, um Kundenbedürfnissen effizient gerecht zu werden

A framework for flexible integration in robotics and its applications for calibration and error compensation

Robotics has been considered as a viable automation solution for the aerospace industry to address manufacturing cost. Many of the existing robot systems augmented with guidance from a large volume metrology system have proved to meet the high dimensional accuracy requirements in aero-structure assembly. However, they have been mainly deployed as costly and dedicated systems, which might not be ideal for aerospace manufacturing having low production rate and long cycle time. The work described in this thesis is to provide technical solutions to improve the flexibility and cost-efficiency of such metrology-integrated robot systems. To address the flexibility, a software framework that supports reconfigurable system integration is developed. The framework provides a design methodology to compose distributed software components which can be integrated dynamically at runtime. This provides the potential for the automation devices (robots, metrology, actuators etc.) controlled by these software components to be assembled on demand for various assembly applications. To reduce the cost of deployment, this thesis proposes a two-stage error compensation scheme for industrial robots that requires only intermittent metrology input, thus allowing for one expensive metrology system to be used by a number of robots. Robot calibration is employed in the first stage to reduce the majority of robot inaccuracy then the metrology will correct the residual errors. In this work, a new calibration model for serial robots having a parallelogram linkage is developed that takes into account both geometric errors and joint deflections induced by link masses and weight of the end-effectors. Experiments are conducted to evaluate the two pieces of work presented above. The proposed framework is adopted to create a distributed control system that implements calibration and error compensation for a large industrial robot having a parallelogram linkage. The control system is formed by hot-plugging the control applications of the robot and metrology used together. Experimental results show that the developed error model was able to improve the 3 positional accuracy of the loaded robot from several millimetres to less than one millimetre and reduce half of the time previously required to correct the errors by using only the metrology. The experiments also demonstrate the capability of sharing one metrology system to more than one robot