Grundsatzuntersuchungen, mathematische Modellierung und Ableitung einer Auslegungsrichtlinie für Gelenkantriebe nach dem Spinnenbeinprinzip

Principled investigations, mathematical modelling and derivation of a design method for robotic joint drives based on the spider leg principle

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-122687
  • Biologische Lösungsansätze versprechen großes Potential für den technischen Fortschritt. Für Robotikantriebe können Spinnenbeine als optimales Vorbild dienen, da sie einerseits Leichtbau, Kompaktheit und Sensibilität sowie andererseits kraftvolle, dynamische Bewegungen in sich vereinen und dabei essentielle Grundanforderungen an technische Gelenkantriebe erfüllen. Im Rahmen der Arbeit wurde, mit Hilfe von Grundsatzuntersuchungen und der Biology-Push-Methodik, erstmals der Transfer des antagonistischen Spinnenbeinprinzips in einen technischen Gelenkantrieb erreicht. Das Funktions-prinzip dieses neuartigen Roboterantriebs wurde mit mathematischen Modellierungen und experimentellenBiologische Lösungsansätze versprechen großes Potential für den technischen Fortschritt. Für Robotikantriebe können Spinnenbeine als optimales Vorbild dienen, da sie einerseits Leichtbau, Kompaktheit und Sensibilität sowie andererseits kraftvolle, dynamische Bewegungen in sich vereinen und dabei essentielle Grundanforderungen an technische Gelenkantriebe erfüllen. Im Rahmen der Arbeit wurde, mit Hilfe von Grundsatzuntersuchungen und der Biology-Push-Methodik, erstmals der Transfer des antagonistischen Spinnenbeinprinzips in einen technischen Gelenkantrieb erreicht. Das Funktions-prinzip dieses neuartigen Roboterantriebs wurde mit mathematischen Modellierungen und experimentellen Verifikationen wissenschaftlich ausgearbeitet. Die Erkenntnisse dieser Analysen ermöglichten die Ableitung einer Auslegungsmethodik. Die Validierung erfolgte anhand eines spinnenartigen Laufroboters. Damit ist der Gelenkmechanismus als neues Antriebselement allgemeingültig anwendbar und in der Robotik als neuer Aktuator einsetzbar.show moreshow less
  • The biomimetic transfer of mechanisms and modes of action has great potential for technical developments. From a biomimetic point of view, biological spider legs are destined for robotic drives. They offer not only enhanced sensitivity with in a lightweight and compact design, yet also enable powerful and dynamic movements. In this work, the transfer of the biological model into a technical pivot drive was carried out using the biology‐push‐principle. Mathematical modelling and experimental verification of the theoretical behaviour was initially carried out. Furthermore, a design method was developed based on the knowledge gained. An example implementation was shown in form of a biomimeticThe biomimetic transfer of mechanisms and modes of action has great potential for technical developments. From a biomimetic point of view, biological spider legs are destined for robotic drives. They offer not only enhanced sensitivity with in a lightweight and compact design, yet also enable powerful and dynamic movements. In this work, the transfer of the biological model into a technical pivot drive was carried out using the biology‐push‐principle. Mathematical modelling and experimental verification of the theoretical behaviour was initially carried out. Furthermore, a design method was developed based on the knowledge gained. An example implementation was shown in form of a biomimetic joint actuator for an eight‐legged walking robot. With the dimensioning method, the spider leg actuator is universally applicable and can be used as a novel actuator in robotics.show moreshow less

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Metadaten
Author:Stefan Landkammer
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-122687
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-230-7
ISBN:978-3-96147-230-7
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (329)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Marion Merklein, Rüdiger Hornfleck, Kristin Paetzold
Advisor:Marion Merklein
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2019
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2019/05/20
Release Date:2019/10/02
Tag:Bionik; Bionische Gelenke; Bionische Roboter; Gelenkantrieb; Laufroboter; Nachgiebige Gelenke; Pneumatik; Spinnenbein; Spinnenbeingelenk
SWD-Keyword:Bionik; Robotik; Spinnentiere; Pneumatik; Gelenkarmroboter; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xii, 196 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-229-1
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Fertigungstechnologie (LFT)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 629 Andere Fachrichtungen der Ingenieurwissenschaften
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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