Onderzoeksproject P5/06 (Onderzoeksactie P5)
Het AMS-project beoogt de ontwikkeling van een kader voor geïntegreerde ontwerpoptimalisatie en besturing van mechatronische systemen waarvan de performanties moeten voldoen aan de nieuwe eisen gesteld door de aan de gang zijnde technologische en maatschappelijke verschuivingen.
Het belangrijkste kenmerk van een mechatronisch systeem (ook machine genoemd) is dat het bewegingen genereert. Een machine bestaat uit een mechanische structuur (een verdeeld meerlichamensysteem) van min of meer grote complexiteit. Deze structuur wordt in beweging gezet door actuatoren die hun beweging overbrengen via bewegingstransmissiemechanismen. De resulterende bewegiingen worden gemeten met sensoren. Deze laatste kunnen proprioceptief zijn (encoders, gyroscopen) of exteroceptief (visiesystemen). Een taak wordt aan de machine opgelegd via een mens/machine-interface (taakprogrammeersysteem), zoals een haptische interface, programmeren door voordoen, gedeelde autonomie, ... De afwijking van de opgelegde beweging wordt gedetecteerd door sensoren en geëlimineerd door passende controle-algoritmen. Kenmerken van dergelijke controllers zijn robuustheid, nauwkeurigheid, bandbreedte, enz. Controllers kunnen modelgebaseerd zijn, gedragsgebaseerd, of gemengd.
Daar machines interdisciplinair van nature zijn wordt voor de mechatronische ontwerpbenadering gekozen. Dit is fundamenteel een simultaan-ontwerpbenadering waarbij de machine beschouwd wordt als een multidisciplinair systeem waarbij alle aspecten simultaan moeten geoptimiseerd worden. Het rpoject is opgedeeld in werkpakketten. Elk werkpakket bevat uitstaande onderzoeksproblemen in de deel-en in de integratieaspecten, zoals: modelleren, identificatie, controle, optimisatie, micromechatronische systemen, nanotechnologie, mens/machine-interfaces, interactie met complexe omgevingen. Optimisatie en multidisciplinaire benadering zijn de kernen van het onderzoeksvoorstel. Generieke demonstratoren werden gedefinieerd om de superioriteit van de mechatronische ontwerpbenadering ten opzichte van de huidige zaken aan te tonen.
De projectthema’s zijn geselecteerd rekening houdend met de resultaten van vorige IUAP-projecten en in fubctie van interessante en relevante generieke onderzoeksvragen.
WP1 stelt onderzoek voor naar modelleren, controle en optimisatie van mechatronische systemen. De symbolische modelleromgeving Robotran, ontwikkeld in vorig onderzoek, zal uitgebreid worden naar multidisciplinaire systeemcomponenten. Speciale nadruk zal gelegd worden op het modelleren van vibro-akoestische systemen bij middenfrequenties, een vooralsnog onvoldoend opgelost probleem. WP1 stelt zich verder voor om robuuste controllers te ontwerpen voor verdeelde meerlichamensystemen met veranderende geometrie, in aanwezigheid van sterke (variabele geometrie) en/of zwakke (wrijving) niet-lineariteiten.Optmisatie neemt een centrale plaats in in WP1. Hier worden de structuur- en de controlemodellen samen om uiteindelijk te resulteren in een globaal geöptimaliseerd systeem.
WP2 is gericht op het ontwikkelen van intelligente micro-actuatoren met grote vermogendichtheid voor gebruik in micromechatronische systemen, bv.in de robotendoscopie.
WP3 wil enkele mechatronische problemen uit de nanorobotica oplossen. Speciaal het probleem van het behandelen en/of moteren van nanostructuren met behulp van een haptische interface (eventueel via het Internet) tussen de operator en een atoomkrachtmicroscoop zal aangepakt worden.
In WP5 zullen enkele belangrijke problemen van mens/machine-interactie op hoog niveau aangepakt worden, zoals programmeren door voordoen, bewerken van complexe oppervlakken, besturen met gedeelde autonomie. Verder zullen methoden ontwikkeld worden om mechatronische systemen te laten interageren met complexe omgevingen (geometrie, fotometrie), bv. door actieve visie, door gedragsgebaseerde controle, enz. Deze methoden moeten dienen om het (mobiel) mechatronisch systeem zich autonomer te laten gedragen in complexe, ongestructureerde, ook niet-industriële, omgevingen, zoals een huiskamer of een vergaderzaal. Dit alles als een stap dichter bij de ultieme droom te realiseren van de ‘verdwijnende’, ‘alomtegenwoordige machine die op harmonische wijze kan samenleven met de mens.
