Ein leistungsgesteigerter, autonomer Zweibeiner

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heinz Ulbrich
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 32931411

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Humanoide Roboter sind ein relativ neues, vielversprechendes Forschungsgebiet. Um kommerziell erfolgreich und sinnvoll als Serviceroboter im menschlichen Umfeld einsetzbar zu sein, müssen derartige Maschinen über ausgezeichnete Fähigkeiten zur Fortbewegung auf zwei Beinen verfügen. Dieses Forschungsvorhaben beschäftigt sich als Bestandteil des Paketantrags „Natur und Technik intelligenten Laufens“ theoretisch und experimentell mit der Weiterentwicklung der Lauftechnologie, für die im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms „Autonomes Laufen“ mit der zweibeinigen Laufmaschine Johnnie die Grundlagen gelegt wurden. Der neu entwickelte Roboter Lola ist durch verbesserte Antriebe, Sensoren, eine leistungsfähigere Elektronik sowie eine verbesserte Massenverteilung und höhere Steifigkeit der Antriebe und Segmente wesentlich leistungsfähiger als der Vorgänger Johnnie. Neu hinzugefügte, redundante Gelenke ermöglichen menschenähnlichere Bewegungen und erlauben eine Reduktion der erforderlichen Gelenkgeschwindigkeiten. Durch neue Verfahren der Bahnplanung und Regelung können die gesteigerte Leistungsfähigkeit und die zusätzlichen Freiheitsgrade tatsächlich in ein natürlicher wirkendes Gangmuster, signifikant höhere Ganggeschwindigkeiten und eine größere Robustheit gegenüber Störungen umgesetzt werden. Auch im Bereich der Autonomie konnten mit dem Gehen in zuvor unbekannten Umgebungen deutliche Fortschritte erzielt werden. Damit stellt Lola derzeit im Hinblick auf das zweibeinige Gehen eine der leistungsfähigsten Humanoiden Roboter weltweit dar. Sowohl in der Konstruktion als auch in den Regelungsverfahren wurden zahlreiche neuartige Ansätze entwickelt und erfolgreich umgesetzt. Beispielhaft kann die Nutzung redundanter Freiheitsgrade zum Gehen, eine aktive Kollisionsvermeidung, die Laufregelung durch hybride Kraft-/Positionsregelung und die optimierte Beinkonstruktion genannt werden. Darüberhinaus wurde mit Lola eine tragfähige Grundlage für weitere experimentelle Arbeiten im Bereich des technischen zweibeinigen Laufens gelegt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Design and Realization of a Performance Enhanced Humanoid Robot”. Diss. Technische Universität München, 2010
  S. Lohmeier
  
• “Entwurf und Regelung des Humanoiden Laufroboters Lola”. In: at – Automatisierungstechnik 11 (2010), S. 613–621
  T. Buschmann, S. Lohmeier und H. Ulbrich
  
• “Simulation and Control of Biped Walking Robots”. Diss. Technische Universität München, 2010. ISBN: 978-3-86853-804-5
  T. Buschmann
  
• “Walking in Unknown Environments – a Step Towards More Autonomy”. In: Proc IEEE-RAS Intl Conf on Humanoid Robotics (Humanoids). 2010
  T. Buschmann u. a.
  
• “Experiments in fast biped walking”. In: Mechatronics (ICM), 2011 IEEE Intl Conf on. 2011, S. 863–868
  T. Buschmann u. a.
  
• “Self-collision avoidance and angular momentum compensation for a biped humanoid robot”. In: Robotics and Automation (ICRA), 2011 IEEE Intl Conf on. 2011, S. 581–586
  M. Schwienbacher u. a.
  
• “Laufregelung redundanter humanoider Roboter – ein modellbasierter Ansatz”. In: at – Automatisierungstechnik (2012)
  T. Buschmann u. a.
  
• “Multibody System Dynamics, Robotics and Control.” In: Hrsg. von H. Gattringer und J. Gerstmayr. Springer, 2012. Kap. Dynamics and Control of the Biped Robot Lola
  T. Buschmann u. a.
  
• “The Biped Walking Robot Lola – Hardware Design and Walking Control –”. In: Journal of the Robotics Society of Japan 30.4 (2012)
  T. Buschmann u. a.