Fakultät Maschinenbau
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The development of biomimetic robots has gained research interest in the last years as it may both help under-standing processes of motion execution in biological systems as well as developping a novel generation of intelligent and energy efficient robots. However, exact model generation that builds up on observations and robot design is very time intensive. In this paper we present a novel pipeline for co-development of biomimetic hardware and simulation models based on biological Computer Tomography (CT) data. For this purpose we exploit State of the Art rapid prototyping technologies such as 3D Printing and the Neurorobotics Platform for musculoskeletal simulations in virtual environments. The co-development integrates both advantages of virtual and physical experimental models and is expected to increase development speed of controllers that can be tested on the simulated counterpart before application to a printed robot model. We demonstrate the pipeline by generating a one year old infant model as a musculoskeletal simulation model and a print-in-place 3D printed skeleton as a single movable part. Even though we hereonly introduce the initial body generation and only a first testsetup for a modular sensory and control framework, we can clearly spot advantages in terms of rapid model generation and highly biological related models. Engineering costs are reducedand models can be provided to a wide research community for controller testing in an early development phase.
Heutzutage werden Strukturen häufig aufwendig konstruiert und nachträglich mithilfe von numerischen Verfahren optimiert. Dennoch kommt es zu erheblichen Schäden infolge von Ermüdungsbrüchen bei wechselnd beanspruchten Bauteilen. Ein Großteil dieser Schäden hat den Ursprung in den im Inneren herrschenden Spannungszuständen, den sogenannten Eigenspannungen.
Diese Eigenspannungen heben sich innerhalb des Bauteils auf und führen zu keiner Formabweichung des Bauteils, weswegen diese Spannungen in Form und Lage nur schwer detektierbar sind und sich häufig negativ auf die Betriebsfestigkeit von Strukturen auswirken.
Mithilfe neuartiger numerischer Methoden können thermomechanische Simulationen angefertigt und Verformungen, sowie Spannungszustände abgeleitet werden. Durch diese Optionen ergeben sich neue Anwendungen, die das Potenzial von Fertigungsverfahren in Hinblick auf die Ausnutzung spezieller Eigenschaften neu eröffnen. Durch die geschickte Anwendung und Vernetzung der Simulation mit der Fertigung können Eigenspannungen gezielt in Lage und Richtung schon während der Produktion des Bauteils eingebracht werden. Im theoretischen Vergleich zu konventionell gefertigten Bauteilen entstehen Strukturen, die hinsichtlich ihrer Bauteillebensdauer optimiert sind.