Soft Tissue Robotics - Architektur

Hintergrund

Bei Interaktionen von Robotern mit weichen Materialien stellen sich viele derzeit ungelöste Herausforderungen, wie die Auswahl von Griffstrategien oder Griffpositionen. Weitere Probleme ergeben sich aus dem stark nichtlinearen, nachgiebigen Verhalten von weichen Materialien, welches für die beschädigungsfreie Interaktion berücksichtigt werden muss.

Dieses Thema wird im Rahmen eines internationalen und interdisziplinären Graduiertenkollegs gemeinsam mit der University of Auckland bearbeitet und ist in folgende Bereiche aufgeteilt:

  1. Modellieren und Entwickeln neuer Simulationstechniken
  2. Automatisierung, Regelung, Steuerung und Optimierung
  3. Biologische und technische Konzepte passender Roboterkinematiken

Am ISW liegt der Fokus auf dem Themenbereich B in der Entwicklung einer Cloud-basierten Steuerungsarchitektur. Anwendungsgebiete der Forschungsergebnisse sind beispielsweise in den Bereichen der Lebensmittelverarbeitung, der Chirurgie und der Handhabung von Kabeln zu erwarten.



Problemstellung

Robotersteuerungen sind derzeit meist starr parametriert, Betriebsparameter werden in der Entwicklungsphase optimiert und in der Anwendung nicht mehr, oder nur für bereits zuvor offline berechnete Lösungen verändert. So findet die Interaktion mit weichen Materialien In der Lebensmittelverarbeitung meist mit heuristischen, manuell optimierten Parametern statt, Änderungen im Betriebsablauf oder im Einsatzgebiet erfordern daher eine manuelle Anpassung der Parameter.



Zielsetzung

Das Hauptziel besteht in der Entwicklung einer Steuerungsplattform, welche die hybride Robotersteuerung erlaubt. Hierbei werden während des Betriebs Parameter wie Griffkräfte, aber auch geplante Trajektorien durch Optimierung und Lernverfahren angepasst. Unterstützt wird die Parametrierung von parallel ablaufenden Simulationen, welche über aktuelle Sensorwerte gestützt werden.

Da die Online-Trajektorienplanung, die Lern- und Optimierungsverfahren sowie die parallele Simulation der Materialinteraktion hohe Rechenkapazitäten voraussetzen, sollen diese rechenaufwändigen Schritte in die Cloud ausgelagert werden. Die serviceorientierte Kommunikation zwischen lokaler Robotersteuerung und Cloud-basierten Diensten stellt somit einen zentralen Bestandteil des Steuerungskonzepts dar.
Die effiziente steuerungstechnische Umsetzung liegt dabei im Fokus, ebenso wie die Berücksichtigung von Aspekten der Funktionalen Sicherheit.

 



Förderung

Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).