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Soft Tissue Robotics: Automatisierter Umgang mit biegeschlaffen Bauteilen

Projektförderung

Hintergrund

Die automatisierte Handhabung von weichen Materialien mithilfe von Robotern ist aktuell wenig erforscht. Schwierigkeiten ergeben sich dabei oft aufgrund des nichtlinearen Materialverhaltens und die damit einhergehenden Herausforderungen, beispielsweise in der Lokalisierung, Ableitung von Greifpositionen oder Regelung. Im Rahmen eines internationalen und interdisziplinären Graduiertenkollegs wird in Kooperation mit der University of Auckland gemeinsam das Forschungsthema Soft Tissue Robotics bearbeitet, welches sich in folgenden Einzeldisziplinen gliedert:

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

Das ISW bringt dabei seine Kompetenzen in den Forschungsbereichen B und C ein. Bisher wurde am ISW eine Cloud-basierte Steuerungsarchitektur, sowie Möglichkeiten zur Lokalisierung und Simulation von weichen Materialien untersucht. Ein späterer Einsatz der im Graduiertenkolleg entwickelten und erforschten Themen findet sich sowohl in der Chirurgie, bei der Lebensmittelverarbeitung, als auch in der Produktion, beispielsweise zur automatisierten Kabelbaummontage.

Problemstellung

Eine Schwierigkeit in der Manipulation von biegeschlaffen Objekten besteht darin, dass der Zustand des Objekts nicht allein durch die Position des Endeffektors vorbestimmt ist, wie es bei starren Objekten der Fall ist. Dies liegt an der unendlich großen Anzahl an Freiheitsgraden eines biegeschlaffen Objekts, wohingegen starre Objekte 6 Freiheitsgrade besitzen. Die Regelung auf einen bestimmten Zustand eines biegeschlaffen Objekts ist damit nur über das nichtlineare Materialverhalten möglich.

Zielsetzung

Durch erweitertes Prozesswissen sollen Strategien abgeleitet werden, die eine automatisierte Manipulation und Regelung von biegeschlaffen Objekten ermöglicht. Dazu soll das Materialverhalten modellbasiert bereits bei der Bahnplanung miteinbezogen werden, um geeignete Trajektorien für den gewünschten Handhabungsvorgang zu erstellen. Für eine nachfolgende online Regelung soll mithilfe einer 3D Stereokamera die modellprädiktive Trajektorie korrigiert werden, um einen über die Zeit entstehenden Drift zwischen Simulation und Realität zu reduzieren.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt  Manuel Zürn
M.Sc.

Manuel Zürn

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"

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