Synergiebasierte modellprädiktive Interaktionsregelung für robotische Hand-Arm-Systeme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Philipp Beckerle; Professor Dr. Knut Graichen
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549663104

Der Einsatz von Roboterhänden wird häufig dadurch motiviert, dass damit vielfältige Manipulationsaufgaben umgesetzt werden können. Die Erweiterung auf ein robotisches Hand-Arm-System (z. B. als Teil eines humanoiden Roboters) schafft die Möglichkeit, Menschen in geteilten Arbeitsräumen signifikant zu entlasten. Anschauliche Beispiele hierfür finden sich sowohl in industriellen Fertigungsprozessen (Pick and Place, Montage, Bearbeitung, etc.), als auch im menschlichen Alltag (Türen öffnen, Lebensmittel schneiden, Gegenstände handhaben, etc.). Sie erfordern neben komplizierten Bewegungen die präzise Einstellung von Kräften. Trotzdem werden solche Aufgaben meistens von Menschen oder verschiedenen hochspezialisierten Maschinen übernommen. Alternativ könnte die Umgebung an die Technik angepasst werden, was jedoch kaum praktikabel ist. Eine besondere Herausforderung in geteilten Arbeitsräumen ist neben der Sicherheit die Akzeptanz des Robotersystems durch die anwesenden Menschen. Ein wichtiger Aspekt hierfür ist, dass der Mensch die Bewegungen des Roboters intuitiv einschätzen und vorhersehen kann. Das Forschungsprojekt hat das Ziel, eine synergiebasierte modellprädiktive Regelung (MPC) für robotische Hand-Arm-Systeme zu entwickeln, die in eine modulare Steuerungsarchitektur integriert ist. Dabei werden die Herausforderungen zahlreicher aktuierter Freiheitsgrade berücksichtigt und die Methoden für eine Nullraumregelung mitentwickelt. Mithilfe eines modellprädiktiven Ansatzes wird eine modulare Architektur angestrebt, welche auch die Aufgabenplanung integriert. Dabei werden verschiedene Ansätze entwickelt, um lineare sowie nichtlineare kinematische Synergien effizient in eine modulare MPC-Formulierung zu integrieren. Darin sollen die Synergien einerseits zur Reduktion der Komplexität und damit des Rechenaufwands und andererseits zur Realisierung eines menschenähnlichen Bewegungsverhaltens dienen. Durch dieses Vorgehen soll zudem die menschliche Akzeptanz solcher Systeme erhöht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen