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Projekt
Integration lokomotorischer Grundfunktionen mit Elektrisch-Pneumatischer Aktuationl
Fachliche Zuordnung
Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458699571
Im Vergleich zu biologischen Muskeln sind bislang technische Aktuatoren in der Erzeugung von Bewegungsmustern der menschlichen Lokomotion in ihrer Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit beschränkt. Um diese Defizite zu überwinden, benötigen wir ein besseres Verständnis der pedalen Lokomotion, welche auf drei Ebenen betrachtet werden kann: 1) Erzeugung der verschiedenen lokomotorischen Grundfunktionen (LGF), mit Stand-, Schwung- und Balance-Funktion, 2) die Komposition der LGF für vielseitige Laufbewegungen und 3) die Anpassung der LGF and unterschiedliche lokomotorische Aufgaben und Bedingungen.Um diese Limitationen der Aktuatoren bei der Lokomotion zu überwinden, haben wir den hybriden EPA Aktuator als Kombination von elektrischen und pneumatischen Antrieben entwickelt. Das EPA Design ermöglicht die direkte Einstellung von morphologischen Eigenschaften und Regelungsparametern. Mit diesem Ansatz konnten wir zeigen, dass die aktuatorischen Einschränkungen bei der Standfunktion beim vertikalen Springen deutlich reduziert werden können.In diesem Projekt wird das umfassende Potential des EPA Ansatzes für vielseitige Lokomotion über alle drei genannten Ebenen erschlossen. Zunächst wird untersucht, wie das EPA Design und die entsprechenden Regelansätze für die verschiedenen LGF angepasst werden müssen. Auf der nächsten Ebene erweitern wir den EPA Ansatz auf mehrere LGF. Hierbei erwarten wir eine modulare Interaktion der LGF mit parsimonischem Austausch von sensorischen Informationen. Schließlich untersuchen wir die notwendigen Anpassungsmechanismen der EPA Module für verschiedene lokomotorische Aufgaben und Bedingungen.Die Vorteile des EPA-basierten Designs und der Regelungsansätze werden mit zwei neuen, bioinspirierten Robotern überprüft (EPA-Jumper und EPA-Walker). Diese sind modular und erweiterbar auf verschiedene Körperstrukturen und Bewegungsziele. Durch Ausnutzung von "control embodiment" (z.B. durch zweigelenkige Aktuatoren) werden Vorteile der menschlichen Körperstruktur erschlossen, welche nicht durch neuronale Regelung ersetzt werden können.Wir optimieren das EPA Design hinsichtlich eines minimalen Energieverbrauchs und einer maximalen Robustheit bei Pertubationen für definierte Bewegungssituationen. Mithilfe von experimentellen Daten zum menschliche Gehen und vertikalen Hüpfen (mit optionalen Pertubationen) werden das EPA Design und die Regelung optimiert. Mit der EPA Technologie können neue vielseitige, effiziente und robuste Laufsysteme mit breiten Anwendungsmöglichkeiten entwickelt werden. Dafür wird hier die notwendige Infrastruktur zum leichten Wechsel zwischen unterschiedlichen Gangsituationen bei hoher Energieeffizienz und geringem Regelaufwand bereitgestellt.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
