Kraftregelung

Kraftregelung bezeichnet eine Regelungstechnik, die darauf abzielt, die Kraft, die ein System gegen eine Umwelt ausübt oder von dieser empfängt, zu kontrollieren. Sie wird häufig dort eingesetzt, wo der Kontakt mit der Umgebung eine zentrale Rolle spielt, etwa in Robotik, Handhabung empfindlicher Objekte oder Bearbeitungsprozessen. Im Gegensatz zur reinen Positions- oder Geschwindigkeitsregelung fokussiert Kraftregelung direkt auf die Regelgröße Kraft.

Grundprinzipien: Eine Kraftmessung erfolgt über Kraftsensoren, Lastsensoren oder Drehmomentsensoren. Die gemessene Kraft dient als Rückführung in einen Regler, der ein Stellgrößensignal erzeugt. Es gibt direkte Kraftregelung, bei der der Regler eine gewünschte Kraft direkt anstrebt, und indirekte Konzepte wie Impedanz- oder Admittanzregelung, bei denen eine gewünschte dynamische Beziehung zwischen Kraft und Position bzw. Geschwindigkeit implementiert wird. Hybride Techniken kombinieren Kraft- und Positionsregelung, um Aufgaben zu erfüllen, die Kontaktauflage erfordern.

Anwendungen: In der Robotik ermöglicht Kraftregelung das Greifen und Bewegen von Objekten mit kontrollierter Druck- oder Berührungskräften; in der Zerspanung sowie in der Montage schützt sie Werkstücke und Werkzeuge vor Beschädigungen; Haptische Geräte und teleoperatorische Systeme nutzen Kraftregelung, um realistische und sichere Berührungssensationen zu erzeugen.

Herausforderungen: Sensorrauschen, Verzögerungen, Nichtlinearitäten und variierende Oberflächenhaftung erschweren stabile Regelung. Die Parametrisierung der Modelle, Systemverzögerungen und Unsicherheiten in der Umgebung sind zentrale Forschungsfelder.