Co-Design von sensorbasierter Regelung und weicher Morphologie für Inhandmanipulation

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Brock
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405033880

Soft Material Robotic Systems bieten bedeutende Vorteile gegenüber traditionellen, "harten" Roboter. Das Verhalten eines weichen Roboters ist nicht ausschließlich das Ergebnis von Regelung, wie es für harte Roboter der Fall ist. Sondern das Verhalten ergibt sich genau so aus der Form und den Materialeigenschaften des Roboters, also aus der Morphologie. Wenn weiche Roboter Kontakt mit der Umwelt eingehen, verformen sie sich. Dabei erfüllen sie implizit Aspekte von Regelung, Aktuierung und Sensorik. Intelligentes morphologisches Design kann sich daher sehr vorteilhaft auf das Verhalten des Roboters auswirken und gleichzeitig Regelung und Sensorik vereinfachen. Die Vorteile eines passend gewählten morphologischen Designs wurden in vielen Systemen und Anwendungen gezeigt, sei es bei schwimmenden oder fliegenden Robotern, oder beim Greifen oder Laufen.Die "Programmierung" weicher Roboter bleibt allerdings ein weitestgehend ungelöstes Problem. Während die Programmierung harter Roboter einfach die Spezifizierung von Aktuationsbefehlen beinhaltete, müssen wir im Falle von weichen Robotern sowohl die Regelung als auch die Morphologie "programmieren", um die Vorteile von Soft Material Robotic Systems voll ausnutzen zu können. Selbstverständlich gibt es bei der Erzeugung des Verhaltens eine starke Koppelung zwischen Regelung und Morphologie. Deswegen sprechen wir hier von einem Co-Design-Problem: wir müssen die Regelung und Morphologie aufeinander abstimmen, um das Verhalten des Gesamtsystems zu bestimmen. Diese Problem wird gegenwärtig hauptsächlich durch menschliche Intuition und iterative Versuche gelöst. Damit Soft Material Robotic Systems als Wissenschaftsfeld voran kommt, müssen wir ein Verständnis dieses neuen Designproblems entwickeln und entsprechende, generelle Designregeln entwickeln.In diesem Projekt werden wir den Co-Designraum von Regelung mit Rückkopplung und morphologischem Design im Kontext von In-Hand-Manipulation untersuchen. In-Hand-Manipulation erfordert eine Vielzahl von Kontaktpunkten zwischen Hand und Object und stellt somit sowohl an die Regelung als auch an die Morphologie sehr hohe Anforderungen. Wir werden somit in der Lage sein, eine Vielzahl von Designherausforderungen mit einer einfachen experimentellen Plattform zu untersuchen. Zudem gibt es eine klare Definition von Erfolg, was die Beurteilung verschiedener Designs vereinfacht. Wir werden ein Verständnis des Co-Designraums herleiten, wir werden Berechnungswerkzeuge und Hardwarekomponenten entwickeln, um den Designprozess zu vereinfachen, und wer werden Einsichten über den Designprozess herleiten, die auch in anderen Anwendungsgebieten von Soft Material Robotic Systems ihre Gültigkeit behalten.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2100: Soft Material Robotic Systems