Strukturmechanische Optimierung, Modellierung und Regelung pneumatisch aktuierter kontinuierlicher Roboter

Kontinuierliche Roboter sind Bewegungseinrichtungen, die, inspiriert durch natürliche Vorbilder wie dem Tentakel oder dem Elefantenrüssel, Bewegungen ihres Roboterarms allein durch elastische Verformung ihrer Struktur ausführen. Zur gezielten Verformung des Roboterarms werden kontinuierliche Roboter konstruktiv aus einer Sektion oder mehrerer seriell angeordneter Sektionen aufgebaut. Jede dieser Sektionen entspricht einem eigenständigen Abschnitt des Roboterarms, welcher sich unabhängig von allen anderen Sektionen des Roboters deformieren lässt.

Die vorliegende Dissertation befasst sich zu Beginn mit der Vorstellung und Erprobung einer neuartigen Entwurfsmethodik für Bälge, die sich bei Befüllung mit Druckluft elastisch verformen. Unter gezielter Nutzung der elastischen Verformung werden diese Bälge daraufhin als pneumatische Aktoren für kontinuierliche Roboter eingesetzt. Die anschließenden Kapitel sind der kinematischen und kinetischen Modellierung sowie der modellbasierten Regelung kontinuierlicher Roboter gewidmet. Die experimentelle Validierung und Prüfung der präsentierten Algorithmen erfolgt in allen Teilen der Arbeit an einem von der Festo AG & Co. KG zur Verfügung gestellten kontinuierlichen Roboter namens Bionischer Handling-Assistent. Dieser verwendet neun der zuvor entworfenen Balgaktoren zu dessen Bewegungssteuerung.

Zusammengenommen behandelt die vorliegende Dissertation somit Fragestellungen aus den Themengebieten des funktionalen Designs, der mathematischen Modellbildung sowie der modellbasierten Regelung pneumatisch aktuierter kontinuierlicher Roboter.