Softrobotik

Softrobotik - Mit Nachgiebigkeit zu neuen Anwendungen für Roboter.

Motivation

Das Wachstum der Robotik wird hauptsächlich durch die Ausweitung auf neue Anwendungsbereiche vorangetrieben. Bestehende Roboteranwendungen erfordern in der Regel hohe Kräfte, hohe Präzision und sind stark repetitiv. Daher sind herkömmliche Roboter in der Regel aus steifem Material wie Stahl oder Aluminium gefertigt, mit starken Aktuatoren ausgestattet und für eine ganz bestimmte Aufgabe konzipiert. Daraus ergibt sich jedoch auch ein großes Risikopotenzial. Dies schränkt ihren Einsatz in neuen Bereichen wie der Gesundheitsfürsorge, der Mensch-Maschine-Interaktion oder dem Greifen von zerbrechlichen und unterschiedlich geformten Objekten ein.

Ein Ansatz, diese Lücke zu schließen, ist der Einsatz von Softrobotern. Softroboter bestehen in der Regel aus weichen Materialien wie Silikon oder Schaumstoff. Dies ermöglicht große elastische Verformungen, begrenzt die auftretenden Kräfte und minimiert ihr Gefahrenpotenzial. Gleichzeitig können mit ein und demselben weichen Greifer sehr unterschiedliche Objekte gegriffen werden, da sich Softroboter leicht an verschiedene Formen anpassen können.

Ziel unserer Forschung ist es, die Überwachung und Steuerung von weichen Greifern durch die Integration von Greifkraft- und Formsensoren zu verbessern. Außerdem wollen wir die Agilität und Genauigkeit von Soft-Robotern durch die Entwicklung moderner dynamischer Regelungs- und Steuerungsmethoden für Softroboter verbessern.

Einleitung

Aufgrund der weichen Struktur sind konventionelle Komponenten und Designmethoden nicht anwendbar. Neue Aktoren, Sensoren und Regelungs- und Steuerungskonzepte werden derzeit entwickelt. Herkömmliche Aktoren können nicht in Softroboter integriert werden, da es sich um starre Komponenten handelt. Sie würden der weichen Struktur entgegenwirken. Daher werden für Softroboter alternative Konzepte, wie beispielsweise die Aktuierung mit längenveränderlichen Sehnen, Formgedächtnislegierungen (FGL) oder fluidbasierten Aktoren entwickelt. Für eine zuverlässige Steuerung und Positionierung des Roboters im 3D-Raum ist nicht nur die Ansteuerung wichtig, sondern vor allem die genaue Kenntnis seiner aktuellen Position und Ausrichtung. Herkömmliche Sensoren können jedoch nicht zur Abschätzung der Krümmung des Roboters verwendet werden, da sie die Weichheit des Roboters zerstören würden.

Auch für die Modellierung von Softrobotern müssen neue Konzepte untersucht werden. Im Gegensatz zu starren Robotern und flexiblen Robotern treten bei Softrobotern große elastische Verformungen auf. Daher sind etablierte Modellierungsverfahren in der Robotik, wie beispielsweise die Modellierung mit flexiblen Mehrkörpersystemen, für Softroboter ungeeignet.

Greiferentwurf

Sensordesign

Sensorfeedback ist für eine präzise Trajektorienverfolgung und anspruchsvolle Greifanwendungen unerlässlich. Insbesondere werden Kraftsensoren zur Steuerung der Griffkraft und Formsensoren zur Messung der Roboterkonfiguration benötigt. Die größten Herausforderungen bei der Entwicklung von Sensoren für Softroboter sind die großen Belastungen, die in Softrobotern auftreten, und die Notwendigkeit, dass die Sensoren weich sind.

Aktorik

Weiche Greifer mit integrierten Sensoren

Für die Überwachung und Steuerung komplexer Greifprozesse ist die Integration von verschiedenen Sensoren in den Greifer essenziell.

Regelung und Steuerung

Modellierung

Für die Simulierung und modellbasierte Regelung von Softrobotern ist ein geeignetes Modell unerlässlich.

Studentische Mitarbeit

Dieses Thema bietet eine Kombination aus Mechanik und Regelungstechnik und bietet viel Raum für studentische Arbeiten. Wer Interesse hat, im Rahmen einer Bachelor-/Projekt-/Masterarbeit bei diesem Thema mitzuwirken, kann sich gern bei uns melden.