Gecko-inspirierter, kletterfähiger Soft-Roboter an der Technischen Universität Hamburg entwickelt

In den letzten zehn Jahren hat sich die Soft-Robotik in den Robotik-Wissenschaften etabliert und wächst nach wie vor rasant. Diese Disziplin nutzt die Eigenschaften von weichen Materialien und Strukturen für die Entwicklung neuer Maschinentypen, die eine ähnliche Konformität wie lebende Organismen aufweisen. Beispiele für biologische Modelle sind Würmer, Raupen und Kopffüßer.

Typischerweise sind Softroboter entweder für die Fortbewegung oder zum Greifen und Manipulieren konzipiert. Im Kontext der Fortbewegung sind typische Prinzipien das Kriechen, Gehen, Laufen, Springen, Fliegen und Schwimmen. Im Gegensatz dazu wurde an der Technischen Universität Hamburg ein weicher Roboter entwickelt, der speziell für das Klettern konzipiert ist ‒ eine Kombination aus Fortbewegung und Adhäsion. Der Roboter besteht aus sechs weichen Biegeaktoren, die so angeordnet sind, dass damit der Gang eines Gecko reproduziert werden kann. Die Befestigung des Softroboters am Boden während des Laufens wird durch Saugnäpfe als Füße realisiert.  Der aktuelle Prototyp des Roboters ist in Abb. 1 im aktuierten Zustand dargestellt.

Abb. 1: Gecko-inspirierter weicher Roboter im aktuierten Zustand

Um ein beliebiges Laufmuster realisieren zu können, ist es notwendig, jedes einzelne Glied des Roboters unabhängig voneinander mit Druck zu versorgen. Dazu werden Proportional-Wegeventile verwendet, die parallel zur Hauptdruckquelle geschaltet sind. Die Ausgangsdrücke dieser Ventile werden durch digitale Drucksensoren gemessen. Im Vergleich zum gewünschten Laufmuster werden die Messdaten von einem PID-Regler verarbeitet und die neuen Steuersignale für die Proportional-Wegeventile erzeugt. Die Ansteuerung der Sauger erfolgt über direkt wirkende Magnetventile, die parallel zu einer Vakuumpumpe geschaltet sind. Alle zur Steuerung notwendigen Komponenten sind in einem kompakten, universellen Steuerkasten zusammengefasst.

Im aktuellen Entwicklungsstadium ist der Roboter in der Lage, unterschiedliche Laufmuster auf einer horizontalen Ebene zu vollführen, wie beispielsweise auf der Stelle zu wenden, spitze und lange Kurven zu laufen und geradeaus zu gehen, sofern die Laufebene glatt genug ist und die Versorgungsschläuche ausreichend lang sind. Außerdem ist der Roboter fähig, Flächen mit Neigungswinkeln von bis zu 50 Grad zu erklimmen. Weitere Verbesserungen in der Konstruktion und der Steuerung des Softroboters sollen es diesem ermöglichen, in naher Zukunft auch vertikale Wände bewältigen zu können.

Autoren

M.Sc. Lars Schiller, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Arbeitsbereich Anlagensystemtechnik und methodische Produktentwicklung (AmP), Technische Universität Hamburg (TUHH)

Co-Autor: Dr.-Ing. Arthur Seibel, Oberingenieur, Arbeitsbereich Anlagensystemtechnik und methodische Produktentwicklung (AmP), Technische Universität Hamburg (TUHH)

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