Der KAI-Manipulator

Die Aufklärung und Identifikation von Blindgängern und Sprengfallen aus einem geschützten Fahrzeug heraus stellte eine der Fähigkeitslücken der Bundeswehr in den Auslands\-einsätzen der letzten Jahre dar. Die Entwicklung des KAI-Manipulators (Kampfmittel Aufklärung und Identifikation) soll diese Lücke schließen. Der KAI-Manipulator ermöglicht die Untersuchung verdächtiger Situationen, Sprengkörper oder Sprengfallen aus dem Inneren eines gepanzerten Radpanzers Fuchs. Der Manipulator wird dabei als viergelenkiger hydraulisch aktuierter Manipulator aus Aluminiumprofilen mit einer Reichweite von 15 m bei einer maximalen Traglast von 400 kg ausgeführt. Aufgrund der Leichtbauweise des Manipulatorarmes kommt es bei der Bewegung zu elastischen Schwingungen. Die fehlende direkte Sicht auf den Manipulator erschwert zusätzlich für den Bediener die Steuerung des Armes. Aus diesem Grund werden für den Manipulator im Rahmen dieser Arbeit eine aktive Schwingungsdämpfung auf Basis der Messung der Deformation der einzelnen Armsegmente sowie Methoden zur Tool-Center-Point Steuerung und der Automatisierung entwickelt und umgesetzt. Der mechanische Anteil des Manipulators wird als flexibles Mehrkörpersystem modelliert. Dabei wird die Baumstruktur des Manipulators ausgenutzt, um eine effiziente Berechnung der Modellgleichungen in Echtzeit zu ermöglichen. Die Modellierung des hydraulischen Antriebssystems und der im Arm verwendeten Gelenkkinematiken sowie der zur Messung verwendeten Sensorik vervollständigen das mathematische Modell des Manipulators. Anhand der Linearisierung des Manipulators wird eine modale modellbasierte Regelungsstrategie entworfen und getestet.