Bioinspired antagonistic joint drives based on translatory piezo motors - construction and control approaches.




Moderne piezoelektrische Antriebe wie der PiezoLEGS-Motor (PiezoMotor Uppsala AB, Stålgatan 14, Uppsala, Schweden) vereinen hohe Präzision und geringe Größe mit einem schnellen Verfahrbetrieb bei einem mittleren Kraftniveau. Dieses Projekt hat die Konstruktion von biologisch inspirierten Robotergelenken, basierend auf einer antagonistischen Anordnung von Piezomotoren zum Ziel. Entwickelt werden Regelalgorithmen, für Kraft- und Positionsregelung, welche den Einsatz von übergeordneten, neurobionischen Regelungsansätzen fördern. Zukünftige Anwendungsgebiete sind die Bereiche des Mikro-Greifens und der Mikro-Robotik.

Kontakt: Filip Szufnarowski
fszufnarowski@...

Neurobionic control concepts for elastic joint drives.



Aktuelle Forschung im Bereich der Arm- und Bein-Robotik konzentriert sich auf elastische Gelenke und Segmente als Grundlage für die Verbesserung der Sicherheit in der Mensch-Maschine-Interaktion und -Kooperation. Wir verfolgen die Idee, bereits erfolgreiche Lösungen biologischer Vorbilder zu analysieren und diese auf technische Systeme zu übertragen. Dieses Projekt legt den Fokus auf die Entwicklung neuer Regelungsansätze, welche Muskelmodelle und biologisch inspirierte Regler in einen technischen Rahmen, basierend auf klassischen Regelungstheorien, integrieren. Diese Ansätze werden auf unterschiedlichen Motortypen eingesetzt, welche sowohl reale als auch simulierte elastische Elemente verwenden. Unter Berücksichtigung von Experimenten, Simulationen und theoretische Betrachtungen werden biologisch inspirierte Ansätze mit klassischen Ansätzen verglichen, um letztendlich die beste Kombination von Lösungen aus beiden Teilgebieten zu vereinen.

Kontakt: Salvatore Annunziata
salvatore.annunziata@...

Development of integrated, miniaturized, elastic actuators based on synchronous motors.



Die Entwicklung von Roboter-Gelenkantrieben, mit einem geringem Gewicht und einer kompakten Bauform ist der Kern dieses Projekts. Diese Gelenkantriebe verfügen bereits über die nötige Elektronik, um eine Kombination aus bionischen Regelungskonzepten und klassischen Regelungsansätzen zu betreiben. Ein günstiges Leistungsgewicht, welches im Bereich von realen biologischen Muskeln liegt, ist eine Schlüsseleigenschaft dieser neuartigen Antriebe. Wie die biologischen Vorbilder, bauen auch die Antriebe in diesem Projekt auf lokal integrierte Mikrosensoren. Am Ende steht ein biologisch inspirierter, in sich geschlossener modularer Aktuator sein, der für den Antrieb unterschiedlicher Gliedmaßenkonstruktionen eingesetzt werden kann.

Kontakt: Jan Paskarbeit und Salvatore Annunziata
jpaskarbeit@...
salvatore.annunziata@...

Designing a multi-legged robot as a test-bed for motion intelligence mechanisms.



In den letzten Jahren wurde durch unterschiedliche Forschungsprojekte ein grundlegendes Verständnis im Bereich der Kontrolle des Gehens erreicht. Erkenntnisse aus biologischen Systemen verlangen neue Ansätze bei der Konstruktion und Regelung von gehenden, laufenden und kletternden Agenten. Diese Ansätze eignen sich häufig nicht für die Verwendung im Rahmen klassischer Regelungskonzepte. Das vorgestellte Projekt legt den Forschungsschwerpunkt auf die Entwicklung eine nachgiebigen und leistungsstarken Lauf- bzw. Klettermaschine. Die Regelung und Koordination der Gliedmaßen basiert auf biologischen Erkenntnissen, welche die lokale Regelung eng mit Konzepten wie Embodiment und Situatedness verknüpft. Die Koordination der Gliedmaßen, in Form von neuronalen Netzen realisiert, ist die Grundvoraussetzung für Planungsfähigkeit als eine Schlüsseleigenschaft für Kognition.

Kontakt: Jan Paskarbeit
jpaskarbeit@...

A four-phase arbitrary waveform generator for the control of translatory piezo drives.



Die Erzeugung beliebiger Spannungsverläufe wird mit Hilfe moderner Funktionsgeneratoren gelöst. Für die Ansteuerung von translatorisch wirkenden piezoelektrischen Motoren wird jedoch eine Leistungsstufe für ein vier Phasennetz benötigt, welches die Möglichkeiten eines gängigen Funktionsgenerators übersteigt. Die wichtigsten Eigenschaften einer solchen Leistungsstufe sind a) die Erzeugung von untereinander unabhängigen Phasen (einschließlich Phasenspiegelung), b) die Ausgabe des Phasennetzes in einem Leistungsbereich, der den Anforderungen des Motors entspricht und c) eine kompakte Dimensionierung der Elektronik im Hinblick auf die kleine Bauform der Piezomotoren. Dieses Projekt vereint Regelung und Ansteuerung eines Piezoelektrischen Motors auf der Grundlage der oben erwähnten Anforderungen.

Kontakt: Daniel Basa
daniel.basa@...

Design and implementation of control- and power electronics for a BLDC motor.



Um biologisch inspirierte Regelungsansätze auf Gelenke anzuwenden, welche durch moderne, synchrone Elektromotoren angetrieben werden, ist eine enge Interaktion zwischen Hardware-Controllern und neurobionischen Reglern erforderlich. Diese Interaktion wird durch die Integration beider Seiten in einem gemeinsamen elektronischen Aufbau erleichtert. Dieses Projekt untersucht den prinzipiellen Entwurf einer Kombination von miniaturisierten Leistungsstufen und Mikro-Controller basierten Regelungselektroniken. Unterschiedliche Elektroniken wurden entworfen und untersucht um Störungen und Cross-Talk-Effekte zu minimieren. Eine Schlüsseleigenschaft bei der Miniaturisierung von Leistungsstufen ist die Fähigkeit diese mit Kondensatoren mit möglichst kleiner Bauform zu betreiben.

Kontakt: Jeffrey Queißer und Jan Paskarbeit
jqueisse@techfak....
jpaskarbeit@...

Active measurement of the substrate stiffness in multi-legged standing.



Aktuelle biologische Studien über Stabheuschrecken deuten darauf hin, dass die Charakteristik der Gelenk-Regler (I-, P-, oder D-Regler) von der Nachgiebigkeit des Substrats (weich bis unelastisch) abhängt, auf welchem das Insekt steht. Um diese Ergebnisse zu modellieren, haben wir einen selbsteinstellenden Gelenk-Regler eingeführt, welcher seine Reglercharakteristik in Abhängigkeit von der Steifigkeit des Untergrunds ändert. Die Steifigkeit des Substrats wird über eine Korrelationsmessung bestimmt, welche die Steuerbefehle, die für die Aktivierung des Gelenks verwendet werden, mit den zugehörigen Systemantworten des Beins vergleicht. Dieses Projekt untersucht ob der oben beschriebene Korrelationsansatz benutzt werden kann, wenn mehrere Beine den Steifigkeitstest gleichzeitig ausführen.

Kontakt: Dr. Axel Schneider
axel.schneider@...
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