Herstellung, Charakterisierung und Modellierung von Soft Robots
Keywords:
Soft Robot, Kontinuumsmechanik, Hyperelastisches Material, FEM, Rheologische Modelle, Bildanalyse
Kurzzusammenfassung
Soft Robots sind neuartige Roboter aus weichen, elastischen Materialien, die in enger Zusammenarbeit mit dem Menschen eingesetzt werden können. Um serienreife Roboter herstellen zu können, müssen die Eigenschaften und das Verhalten der Roboter bekannt und verstanden sein. In diesem Projekt beschäftigen wir uns daher besonders mit
- dem Design von kombinierbaren Soft Robot Modulen
- dem Test der Module
- dem Aufbau von effizienten Modellen
- dem Bewegungsablauf und der Steuerung
Soft Robots (Kontinuumsroboter) sind eine neue bioinspirierte Art Roboter, die nahezu vollständig aus weichen Materialien bestehen und die sich fast uneingeschränkt verformen lassen. Sie werden typischerweise durch Seilzüge oder Pneumatik angesteuert. Ihr Potential liegt in ihrer enormen Anpassungsfähigkeit, ihrer Robustheit und ihrer Nachgiebigkeit bei Kontakt mit anderen Objekten. Als Einsatzfelder kommen Assistenzsysteme, Rettungs- und Erkundungseinsätze oder auch die Verwendung in automatisierter Fertigung in Betracht.
Seit Juli 2019 wird unsere Forschung zu Soft Robots im Rahmen des SPP2100 durch die Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG) gefördert. Unser Projekt beschäftigt sich mit der Simulation von Bewegungsabläufen und dem Kontakt zwischen Roboter und anderen Objekten. Durch die gewonnenen Erkenntnisse wollen wir die Verbesserung von Bewegungsmechanismen erleichtern. Der Ansatz, den wir verfolgen, liegt in der Approximierung von Soft Robots als eine Kombination balkenförmiger Aktuatoren. Durch die Balkenformulierung sind dynamische Simulationen deutlich weniger ressourcenaufwendig als beispielsweise mittels FEM. Die speziellen Eigenschaften von Soft Robots - insbesondere die extreme Flexibilität und die (in unserem Fall) pneumatische Aktuierung - stellen in der Modellierung besondere Herausforderungen dar.
Als Anschauungsobjekt für die gewonnen Erkenntnisse arbeiten wir an einem modularen Biegeaktuator. Er ist so konzipiert, dass er mit geringem Arbeitsaufwand gebaut, verändert und modelliert werden kann. Bei Bedarf können mehrere Aktuatoren in Reihe geschaltet werden.
Ansprechpartner
Förderung
Gefördert durch die DFG im Rahmen des SPP 2100
Projektergebnisse
Programmierung eines Tools zur Designoptimierung von Soft Robots
Konzipierung eines Prüfzyklus für zylindrische „Soft Aktuators“
Weiterentwicklung des Designs eines Soft-Robots in Schlangenform
Automatische Knick-Erkennung bei der experimentellen Prüfung zylindrischer „Soft Actuators“
Simulative Untersuchung der Fortbewegung eines Schlangenroboters
Design of snakeskin for a snake-like soft robot
Ergebnisse aus diesem Forschungsprojekt
Schlangenroboter bestehend aus mehreren Modulen 
Soft Robot Modul 
Längung des Moduls 
Biegung des Moduls
Schlangenroboter bestehend aus mehreren Modulen 
Soft Robot Modul 
Längung des Moduls 
Biegung des Moduls
Schlangenroboter
Abgeschlossene Arbeiten
Auswahl hergestellter Prototypen
Raupe an einer Stange 
Ferngesteuerter Roboter - Variante 1 
Ferngesteuerter Roboter - Variante 2
Raupe an einer Stange 
Ferngesteuerter Roboter - Variante 1 
Ferngesteuerter Roboter - Variante 2