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Elastische Roboter und Antriebe

Aktuelle Roboterdesigns basieren nicht mehr auf starren Mechanismen, sondern weisen gezielt ausgelegte elastische Eigenschaften auf. Diese bieten eine höhere Sicherheit in der Mensch-Roboter-Interaktion und die Möglichkeit, den Energiebedarf des Systems durch Ausnutzung der Eigendynamik deutlich zu reduzieren. Beides kommt den Anforderungen von Assistenzroboter, die nah am Menschen operieren, entgegen, wirft aber auch neue technische Fragestellungen auf. Neben der höheren Gesamtkomplexität, betrifft das vor allem die Anforderungen, wenn Mensch und Roboter direkt miteinander interagieren.

Unsere Forschung konzentriert sich derzeit auf den Entwurf und die Regelung elastischer Roboter und ihrer Antrieben hinsichtlich Energieeffizienz und Fehlertoleranz. Neben der Entwicklung von Mechanismen und Antrieben bearbeiten wir Fragestellungen zur Signalverarbeitung und Regelung. Diese spielen bei der Implementierung fehlertoleranter Designs mit Sicherheitsmanagement eine wichtige Rolle und unterstützen somit die praktische Anwendbarkeit elastischer Antriebe. Durch die Berücksichtigung der menschlichen Wahrnehmung werden Hard- und Softwarekomponenten dabei so ausgelegt, dass eine intuitive und robuste Mensch-Roboter-Interaktion sichergestellt ist.

 

 

Derzeitige Projekte zu diesem Thema

Fehlerdiagnose und -toleranz für elastische Aktorsysteme in der Robotik: physische Mensch-Roboter Interaktion

Gefördert durch die DFG: BE 5729/1

Aus der erhöhten Systemkomplexität und dem Betrieb in potentiell kritischen Betriebszuständen wie z. B. (Anti-)Resonanzen können in elastischen Robotikantrieben technische Fehler resultieren. Um dem zu begegnen erforschen wir Methoden zur Fehlerdiagnose und fehlertolerante Designs. Hierbei liegt ein Schwerpunkt auf der Mensch-Roboter-Interaktion, die bei elastisch angetriebenen Robotern auch mittels geeigneter Regelalgorithmen beeinflusst werden kann. Die Untersuchung der menschlichen Wahrnehmung elastischer Aktorsysteme bildet hierbei die Grundlage, um durch Fehlerdetektion und -kompensation eine sichere und zuverlässige physische Mensch-Roboter-Interaktion zu erreichen.

 

  

Abgeschlossene Projekte zu diesem Thema

Mensch-orientierte Methoden zur intuitiven und fehlertoleranten Regelung tragbarer Robotiksysteme 

Unterstützt durch das „Athene Young Investigator“-Programm der TU Darmstadt

In diesem Projekt wurden Regelungsansätze für tragbare Robotiksysteme zur Bewegungsunterstützung und –augmentation entwickelt. die eine effiziente und natürliche Unterstützung bieten und verhindern, dass sich Nutzerinnen und Nutzer „durch den Roboter gesteuert“ fühlen. Als Basis zur adaptiven Impedanzregelung dienen psychophysikalische Experimente zur Erfahrung der Steifigkeit tragbarer Roboter durch die Nutzerinnen und Nutzer, um vielseitige Fortbewegungsarten und Fehlertoleranz zu gewährleisten. Durch Human-in-the-Loop-Experimente wurde zudem die Körperschemaintegration tragbarer Robotiksysteme durch ihre Nutzerinnen und Nutzer untersucht.

 

Analyse der natürlichen Dynamik und Regelung der Steifigkeit seriell- und parallel-elastischer robotischer Aktoren

Gefördert durch die DFG: BE 5729/2

In Kooperation mit der Vrije Universiteit Brussel untersuchten wir den Einfluss der Konfiguration von Aktuator und Elastizität auf die Eigendynamik elastischer Antriebe und deren Leistungs-/Energieanforderungen. Hierzu werden in Simulationen und Experimenten starre, seriell- und parallelelastische Konfigurationen gegenübergestellt. Anhand der Ergebnisse werden Rückschlüsse für die Aktorauslegung und die Steifigkeitsregelung gezogen.