Den Kern der vorliegenden Arbeit bilden sog. sensorgeführte Roboterbewegungen, d. h. die Nutzung von Informationen externer Sensoren zur Regelung des Roboters. Da gängige Industrierobotersysteme üblicherweise positionsgeregelt sind und seitens der Robotersteuerung lediglich der Zugriff zu den Sollwerten der Lageregelkreise erlaubt wird, kann auch der Regelkreis der sensorgeführten Roboterbewegung nur über den Lageregelkreis geschlossen werden. Aus diesem Grunde werden hier nur positionsbasierte Regelungsansätze verfolgt. Die Kraft-/ Momentregelung gilt als eine der wichtigsten Varianten sensorgeführter Roboterbewegungen. Dementsprechend widmet sich auch ein großer Teil dieser Arbeit dem Thema, mit dem Ziel durch innovative und übersichtliche Regelalgorithmen die Akzeptanz der Kraft-/ Momentregelung in industriellen Produktionsprozessen zu erhöhen. Beginnend mit der eindimensionalen Kraftregelung führt der Weg dabei über Konzepte zur Konturenverfolgung und kraft-/ momentgeregelten Montageaufgaben hin zur Kooperation von Robotern. In einem weiteren Teil wird ein Konzept zur Kollisionsvermeidung zwischen Robotern und Hindernissen präsentiert. Es basiert auf dem Ansatz der virtuellen Potential- bzw. Kraftfelder. Dabei ruft das künstliche Feld eine Bewegung des Roboters hervor, die vom Hindernis weg führt. Um das Feld zu erzeugen, wird die Methode der künstlichen Punktladungen entwickelt. Diese werden auf der Oberfläche eines Hindernisses platziert und generieren dann das virtuelle Kraftfeld. Die Platzierung kann z. B. mithilfe der CAD-Daten des Hindernisses erfolgen. Bei bewegten Objekten müssen alle Ladungspositionen ständig aktualisiert werden. Für Lehr- und Präsentationszwecke ist das sog. inverse Pendel eine oft genutzte Regelstrecke. Sein Aufrichten und Stabilisieren ist auch mit Hilfe eines Industrieroboters möglich. Dazu beschäftigt sich ein Kapitel dieser Arbeit mit Fragen zur Modellbildung der Kombination inverses Pendel und Industrieroboter und mit Regelungskonzepten für das Aufschwingen und Balancieren. Letztendlichen wird in diesem Zusammenhang noch ein Visual-Servoing System präsentiert, dass den Neigungswinkel des Pendels mit einer Kamera bestimmt. Alle hier vorgestellten Konzepte und Algorithmen werden Anhand von praktischen Experimenten verifiziert. / This work deals with so-called sensor guided robot motions, which means using the data of external sensors to control the robot. The control loop of the sensor guided robot motion can be only closed around the position control loop, because industrial robot systems usually work position controlled and only access to the desired positions is enabled. For this reason here only position based control approaches are regarded. Force/torque control is a very important type of sensor guided robot motions. According to this, a good portion of this work deals with the subject of force/torque control. Thus, the acceptance of force/torque control in industrial production processes should be increased, by using innovative and clear control algorithms. For this purpose force control in one degree of freedom, contour-following, force/torque controlled assembling tasks and the cooperation between robots are discussed here in different chapters. Thereafter, a concept to collision avoidance between robots and obstacles is presented. It uses the approach of virtual potential/force fields. In this case the artificial field induces a robot motion away from the obstacle. The method of artificial charges is developed to generate this field. For this purpose virtual charges are placed on the surface of the obstacles. Placing of the charges can be performed using e.g. CAD data of the obstacles. Having moving obstacles charge positions must be updated continuously. The inverted pendulum is commonly used teaching students in control theory. The swinging up and the stabilization of the pendulum also can be performed by an industrial robot. One chapter of this work deals with modelling of the robot mounted inverted pendulum and control algorithms for its swinging up and its stabilization. Finally, in combination with the inverted pendulum a visual-servoing system is presented, which measures the pendulum inclination angle by camera. All concepts introduced in this work are verified by practical experiments.

La thèse propose l’utilisation d’une pince active instrumentée en force pour automatiser l’assemblage des MOEMS 3D hybrides. Chacun des doigts de la pince instrumentée est composé d’un actionneur piézo-électrique et d’un capteur de force piézorésistif intégré. Le capteur de force intégré présente des performances innovantes par rapport aux capteurs existants dans l’ état de l’art. Cette pince offre la possibilité de mesurer les forces de serrage appliquées par la pince pour saisir un micro composant et d’estimer les forces de contact entre le micro composant et le substrat de micro-assemblage.Un modèle dynamique et non linéaire est développé pour la pince instrumentée. Une commande hybride force/position est utilisée pour automatiser le micro-assemblage. Dans cette commande, certains axes sont commandés en position et les autres sont commandés en force. Pour les axes commandés en force, une nouvelle commande fondée sur une commande en impédance avec suivi de référence est proposée selon un principe de commande non linéaire par mode glissant avec estimation des paramétres en lignes. En utilisant le schéma de commande hybride force/position proposé, une automatisation de toutes les tâches de micro-assemblage est réalisée avec succès, notamment sur un composant flexible à guider dans un rail. / This work proposes the use of an active microgripper with sensorized end-effectors for the automationof the microassembly of 3D hybrid MOEMS. Each of the two fingers of the microgripper is composedof a piezoelectric actuator with an integrated piezoresistive force sensor. The integrated force sensorpresents innovative performances compared to the existing force sensors in literature. The forcesensors provide the ability to measure the gripping forces applied by the microgripper to grasp a microcomponentand estimated the contact forces between the microcomponent and the substrate ofmicroassembly. A dynamic nonlinear model of the microgripper is developed. A hybrid force/positioncontrol is used for the automation of the microassembly. In the hybrid force/position control formulation,some axes are controlled in position and others are controlled in force. For the force controlledaxes, a new nonlinear force control scheme based on force tracking sliding mode impedance controlis proposed with parameter estimation. Using the proposed hybrid force/position control scheme, fullautomation of the microassembly is performed, notably for the guiding of a flexible component in arail.

Haptic feedback is a growing phenomenon that incorporates the sense of touch through tactile sensations such as vibrations, electrical signals, air pressure, and sound waves or through force feedback, which employs torques and/or forces to replicate the pressure and weight of a simulated object. Utilizing haptic technology establishes a communication bridge between the user and the technical component, enhancing the user's understanding of the technical component's surroundings. This thesis focuses on designing a force feedback haptic device with an impedance control strategy, enabling the imposition of dynamic behavior during simulated robot interactions. Impedance control is a commonly employed approach in haptic devices, utilizing a mass-spring-damper model to vary stiffness, damping, and inertia levels, thereby simulating realistic forces and torques in master-slave interactions.  Initially, a haptic device resembling the shape of a Delta robot was designed using Solidworks, with size and weight distribution serving as the primary design considerations. Subsequently, the device was further represented using a generic robot description format, incorporating the design's joints and links. This representation was then paired with kinematic connections delineating the robot's motion and dynamic matrices to simulate the robot's movement. Alongside the integration of an impedance control strategy, simulations were conducted to emulate robot interactions. These simulations tested the system under various conditions, including scenarios with and without introduced torque disturbances. Including torque disturbances was intended to enhance the simulation's realism and assess the impact of impedance control parameter choices on the system's behavior. In summary, the research concludes how a closed-chain robot, the Delta robot, can be modeled as a haptic device with an impedance control strategy, offering valuable guidance for future research. / Haptisk återkoppling är ett växande fenomen som integreras i allt fler användningsområden. Genom att återskapa känslan av att röra vid eller interagera med föremål, antingen genom att simulera taktila sensationer som vibrationer, elektriska signaler, lufttryck och ljudvågor eller genom att återge kraftåterkoppling till användaren, kan användarens förståelse för tekniska komponenter och deras omgivning öka. Kraftåterkoppling möjliggör imitation av tryck och vikt hos simulaterade objekt, vilket förbättrar realismen i användarupplevelsen. Detta examensarbete har inriktat sig på att designa en haptisk pryl med kraftåterkoppling och en styrmekanism baserad på impedanskontroll. Genom att implementera impedanskontroll kan dynamiska beteenden inkorporeras i systemet genom varierande styrka, dämpning och tröghet. Dessa impedansparametrar möjliggör realistiska simuleringar av kraft och vridmoment i samband med virtuella robotinteraktioner. Först utformades en haptisk pryl som efterliknar formen av en Delta-robot med hjälp av CAD-programmet Solidworks. Här var storlek och viktfördelning primära överväganden i designprocessen. Därefter representerades enheten genom en generisk robotbeskrivning som inkluderade dess leder och länkar. Denna representation kopplades sedan ihop med kinematiska samband som reglerade enhetens rörelse. Tillsammans med integreringen av impedanskontrollstrategin genomfördes simuleringar som efterliknade robotinteraktioner. Dessa simuleringar omfattade olika scenarier, inklusive de med vridmomentsstörningar och de utan. Syftet med att inkludera vridmomentsstörningar var att öka realismen i simuleringen och utvärdera påverkan av valda parametrar för impedanskontrollen på systemets beteende. Sammanfattningsvis har detta arbete resulterat i utformningen av en haptisk pryl med kraftåterkoppling, som efterliknar en Delta-robot. Prylen har modellerats som en trädstruktur, med kinematiska samband som sammanfogar dess ändnoder. Det här arbetet har bidragit till kunskapen om hur realistiska haptiska interaktioner kan skapas och öppnat möjligheter för framtida forskning och utveckling inom detta område.