Motion of mechanical systems on solid, resistive surfaces

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Klaus Zimmermann
• Subject Area: Automation, Mechatronics, Control Systems, Intelligent Technical Systems, Robotics ; Applied Mechanics, Statics and Dynamics ; Mechanics
• Term: from 2014 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 263902212

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Im Projekt „Bewegung mechanischer Systeme auf festen, widerstandserzeugenden Oberflächen“ wurde durch die Anwendung analytischer Methoden der Mechanik ein der Grundlagenforschung zuzuordnender Beitrag zur Entwicklung mobiler Roboter geleistet. Die Untersuchungen waren fokussiert auf die Beantwortung der Frage, ob die Fortbewegung eines mechanischen Systems bei bekannten Widerstandsgesetzen prinzipiell möglich ist, und wenn ja, mit welchen Steueralgorithmen für eine gegebene Konfiguration, dies realisiert werden kann. Die theoretischen Arbeiten im Förderzeitraum lieferten Erkenntnismodelle u.a. zur Funktionsweise biologisch inspirierter Fortbewegungssysteme, die damit einer technischen Umsetzung zugänglich gemacht wurden. Erste prototypische Lösungen für Lokomotions- und Antriebssysteme unter Einsatz sowohl klassischer Elemente der Konstruktionstechnik als auch von ‚smart materials’ wurden realisiert. Auf die im Rahmen der Projektforschung entwickelten mathematisch-mechanischen Modelle und die darauf basierenden Ergebnisse verweisen mittlerweile andere Autoren aus China, Südkorea, Italien und Russland. Das geförderte Projekt hat sich als eine gute Basis für weitere Grundlagenforschungsarbeit erwiesen. Die internationalen Kooperationen, in deren Rahmen zahlreiche wissenschaftliche Veröffentlichungen entstanden, werden in unterschiedlichem Rahmen fortgesetzt. Literatur- und Patentrecherchen, sowie Konferenzteilnahmen zeigen, dass mit den weiterentwickelten Projektideen zu tensegritybasierten Lokomotionssystemen und zur Nutzunmg intelligenter Materialien im Bereich ‚soft robotics’ tragfähige und anerkannte Forschungsansätze formuliert wurden.

Publications

• An approach to the mechanical modeling of contact problems in the application to friction stir welding. In: Awrejcewicz, J. et. al. (Eds.): Engineering Dynamic and Life Sciences. Proc. of the 14th Int. Conf. “Dynamical Systems: Theory and Application“, Dec. 11-14, 2017, Łódź, Poland, pp. 173-182, ISBN 978-83-935312-4-0
  Dubovikova, N.N.; Gerlach, E.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.
  
• Dynamics and motion control of a chain of particles on a rough surface. Mechanical Systems and Signal Processing, 89(2017)
  Behn, C.; Bolotnik, N.; Schale, F.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.
  
• Capsubot with an Opposing Spring: Simulation and Experiments. 9th Vienna International Conference on Mathematical Modelling, Febr. 21-23, 2018, Vienna, Austria, 2 p
  Nunuparov, A.; Becker, F.; Bolotnik, N.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.
  
• Periodic locomotion of a two-body crawling system along a straight line on a rough inclined plane. ZAMM Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 98(2018), pp. 1930-1946
  Bolotnik, N.; Schorr, P.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.
  
• An approach to the mechanical modeling of contact problems in the application to friction stir welding. Applied Mathematical Modelling. 67(2019), pp. 1-8
  Dubovikova, N.; Gerlach, E.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.
  
• Capsubot with an opposing spring: an experimental study. In: V. Arakelian and P. Wenger (Eds.) ROMANSY 22 – Robot Design, Dynamics and Control, CISM International Centre for Mechanical Sciences, 2019, pp. 126-133, ISBN 978-3-319- 78962-0
  Nunuparov, A.; Becker, F.; Bolotnik, N.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.
  
• Dynamics and control of a vibration-driven capsule robot with an opposing spring. NO- DYCON 2019, First International Nonlinear Dynamics Conference. February 17-20, 2019, Rome (Italy), Book of Abstracts, pp. 765-766, ISBN 978-88- 944229-0-0
  Nunuparov, A.; Becker, F.; Bolotnik, N.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.
  
• Dynamics and motion control of a capsule robot with an opposing spring. Archive of Applied Mechanics, 89(2019), pp.2193–2208
  Nunuparov, A.; Becker, F.; Bolotnik, N.; Zeidis, I.; Zimmermann, K.
  
• Mathematical model and a prototype of a linear motor controlled by a periodic magnetic field. In: J. Arejcewicz et al. (Ed.): Applicable Solutions in Non- Linear Dynamicals Systems. ISBN 978-83-66287-30-3, Proc. of 15th Int. Conf. Dynamical Systems Theory and Applications DSTA 2019, December 2-5, 2019, Łódź, Poland., pp. 559-566
  Zimmerman, K.; Zeidis, I.; Lysenko, V.; Gast, S.; Günther, L.; Schale, F.; Rohn, M.
  
• Vorrichtung, System und Verfahren zur Erzeugung einer überwiegend gleichgerichteten translatorischen oder rotatorischen Bewegung. Deutsches Marken- und Patentamt DE 10 2018 121 831 A1 2019.03.07
  Zimmermann, K.; Lysenko, V.; Günther, L., Becker, F.
  
• Mathematical model of a linear motor controlled by a periodic magnetic field considering dry and viscous friction. Applied Mathematical Modelling, 89 (2021), pp. 1155-1162
  Zimmermann, K.; Zeidis, I.; Lysenko, V.