Fehlerdiagnose und -toleranz für elastische Antriebssysteme in der Robotik: Physische Mensch-Roboter-Interaktion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Philipp Beckerle
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277880821

In den letzten Jahrzehnten erfährt elastische Antriebstechnik steigende Aufmerksamkeit in der Robotikforschung. Durch die Einbringung von flexiblen Elementen in den Antriebsstrang kann eine höhere Sicherheit in der Mensch-Roboter-Interaktion und zudem ein besonders energieeffizienter Betrieb erreicht werden. Neben diesen Vorteilen ergibt sich in der praktischen Implementierung solcher Antriebe jedoch auch die Herausforderung einer erhöhten Komplexität und des Betriebs in kritischen Zuständen. Aufgrund dessen kann die Fehlersensitivität ansteigen, wobei eine strukturierte Analyse des Einflusses auf die Mensch-Roboter-Interaktion bisher fehlt. Das Projekt "Fehlerdiagnose und Toleranz für Elastische Antriebssysteme: Physische Mensch-Roboter-Interaktion" zielt darauf ab, diese Einflüsse zu verstehen und entwickelt Regelungsmethoden für eine fehlertolerante Interaktion. Die Fehlerdiagnosemethoden aus der vorherigen Projektphase und psychologische Studien dienen der Entwicklung dieser fehlertoleranten Regelungsalgorithmen.Der Einfluss von Steifigkeitsfehlern in tragbaren Robotiksystemen auf die Anwendererfahrung wird in psychometrischen und psychophysischen Experimenten untersucht. Die daraus resultierenden Einblicke in die menschliche Wahrnehmung und die Mensch-Roboter-Interaktion unterstützen die Verbesserung von Nutzer- und Interaktionsmodellen und leiten die Entwicklung von Regelungs- und Adaptionsalgorithmen, die eine sichere und zuverlässige Mensch-Roboter-Interaktion ermöglichen. Diese fehlertoleranten Regelungen erkennen Steifigkeitsfehler mit den zuvor entwickelten Diagnosealgorithmen und kompensieren die Fehlerfolgen aktiv. Zur Untersuchung der praktischen Realisierbarkeit der fehlertoleranten physikalischen Mensch-Roboter-Interaktionskonzepte werden ein variabler Steifigkeitsaktuator und eine elastisch angetriebene Knieorthese implementiert und genutzt.Die entwickelten Regelungs- und Adaptionsalgorithmen stellen einen wichtigen Schritt zur fehlertoleranten Mensch-Roboter-Interaktion dar. Darüber hinaus liefert das Projekt Beiträge zur Entwicklung und Regelung von elastisch-aktuierten, tragbaren Robotiksystemen und zum Verständnis der Steifigkeitserfahrung durch die Nutzer. Dabei unterstützt es das langfristige Ziel, eine intuitive und zuverlässige Bewegungshilfe für gesunde Personen und Personen mit körperlichen Einschränkungen zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Spanien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Josep Maria Font-Llagunes, Ph.D.