Zweibeiniger Roboter

• Fachliche Zuordnung: Systemtechnik
• Förderung: Förderung in 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503679668

Ziel dieses Antrags ist der Erwerb eines zweibeinigen Roboters, mit welchem wir die dynamische Fortbewegung auf Beinen untersuchen möchten, um die Leistungsfähigkeit von Laufrobotern in Bezug auf ihre Geschwindigkeit, Effizienz und Vielseitigkeit zu verbessern. Unsere Forschung richtet sich in diesem Zusammenhang gezielt auf die mechanische Dynamik und wir versuchen zu verstehen wie ein Laufroboter davon profitieren kann, passive Bewegungen auszunutzen, die durch die Interaktion von Schwerkraft, Trägheit und elastischen Oszillationen entstehen. Dadurch möchten wir den Energieverbrauch reduzieren, Leistungsspitzen erhöhen, und die Gangstabilität verbessern. Wir interessieren uns außerdem für die Verwendung verschiedener Gangarten, wie Gehen oder Laufen.Die Inspiration für unsere Ziele kommt aus der Biologie: Mensch und Tier zeigen bemerkenswerte Leistungen in ihrer Fortbewegung, für die sie die mechanische Dynamik ihres Körpers geschickt ausnutzen. Um diese Fähigkeit auf Robotersysteme zu übertragen, untersuchen wir zunächst grundlegende physikalische Prinzipien anhand von Modellen, Simulationen und modellbasierten Optimierungen. So konnten wir beispielsweise zeigen, wie sich durch den Einsatz verschiedener Gangarten der Energieverbrauch erheblich senken lässt und die Spitzengeschwindigkeit erhöht werden kann. Basierend auf diesen physikalischen Prinzipien entwickeln wir dann Regelungsstrategien, um die gleichen Effekte bei echten Robotern zu erzielen. Dies ist ein wichtiger Schritt in unserer Forschung, da sich Kriterien wie Geschwindigkeit, Effizienz und Vielseitigkeit nur in Experimenten mit echter Hardware vollständig manifestieren.Für diese Experimente möchten wir einen kommerziellen, zweibeinigen Roboter erwerben, welcher in der Lage ist sich autonom und dynamisch fortzubewegen. Das heißt unter anderem, dass das Verhältnis von Robotergewicht und Motorleistung Laufen und Springen ermöglichen soll. Der Roboter muss an den Beingelenken vollständig und drehmomentbasiert angetrieben werden können, wobei die Antriebe nur eine geringe Trägheit aufweisen sollten. Sensoren ermöglichen die Überwachung aller Gelenke, die Schätzung der Körperposition und die dreidimensionale Vermessung der Umgebung. Alle Sensoren und Motoren sind durch eine Anwenderschnittstelle direkt für die Entwicklung von Regelungsalgorithmen zugänglich. Der Roboter bildet eine Einheit mit einer Experimentalumgebung. Diese besteht aus einem computergesteuerten, instrumentierten Laufband, welches Kontaktkräfte aufzeichnen kann, einem optischen Positionsmesssystem und einer Absturzsicherung. Diese Umgebung ermöglicht die sichere und effektive Durchführung von Experimenten und liefert verlässliche Messungen des Roboterzustands. Diese Daten sind ein wesentliches Merkmal verschiedener Gangarten, deren Untersuchung ein Schwerpunkt unserer Arbeit ist. Diese Messungen sind zudem für Kalibrier- und Validierungszwecke notwendig und können auch in der Regelung verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Zweibeiniger Roboter
• Gerätegruppe: 2320 Greif- und Hebewerkzeuge, Verladeeinrichtungen
• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Leiter: Professor Dr. C. David Remy