Ein adaptiver Roboter zum Aufbau programmierbarer Strukturen in der Ebene

Pieber, Michael; Neurauter, Rene; Gerstmayr, Johannes ORCID

In der vorliegenden Arbeit wird ein vollständig neuer Ansatz für zellulare Roboter vorgestellt. Die einzelnen Elemente des Roboters sind dreieckige, veränderliche Zellen, welche jeweils drei aktuierbare Seitenkanten besitzen. Die wesentliche Neuerung ist die Verbindung der veränderlichen Zellen an den Seitenkanten, wodurch aufgrund der speziellen Kinematik der Zellen allgemeine unstrukturierte Dreiecksnetze nachgebildet werden können. Der zellulare Roboter ist dadurch in der Lage, nahezu beliebige Gestalten anzunehmen und er kann sich selbst rekonfigurieren. Der Roboter, welcher auch als programmierbare Struktur verstanden werden kann, wurde in einer früheren Arbeit mit vereinfachter tetraedrischer Kinematik auch als räumliches System entwickelt und soll eine Grundlage für ein programmierbares Material dienen. In der vorliegenden Arbeit werden die Komponenten des mechatronischen Prototyps sowie dessen Kinematik vorgestellt. Modelle für die Aktoren und die Dreieckselemente werden verwendet um Positionierungsfehler zu reduzieren. Aus den gemessenen Positionen und den Sollpositionen werden die Positionierungsfehler des zugrundeliegenden (idealisierten) Dreiecksnetzes berechnet. Der Einsatz vereinfachter Modelle der realen Kinematik des adaptiven Roboters liefert die Möglichkeit zur Korrektur der Linearaktoren um die Positionierungsfehler zu minimieren. Die Parameter dieser Modelle werden aus einfachen Bewegungsabläufen identifiziert.

A new approach for cellular robots is presented. The single elements of the robot are triangular cells, which can change their shape by means of linear actuators at each edge. The novelty concerns the connection of autonomous cells at their edges rather than at the vertices. In this way, unstructured triangular meshes can be formed. The robot can self-reconfigure and thus can reproduce almost arbitrary planar shapes. In a similar way, the system has been realized with tetrahedrons in a simplified way within a previous work. The self-reconfigurable system shall serve as a basis for a programmable matter. The present paper includes the mechatronic design, its components and the kinematic model. In order to reduce positioning errors, a model is developed, which considers compliance and clearance in the links and joints. Based on a simplified mechanical model using elastic trusses, the positioning errors can be prediced. The parameters of these models are identified from simple motion sequences. Furthermore, the nonlinearity of actuators is identified and corrected. In this way, the desired triangular shapes can be prescribed without measuring the position of the cells.

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Pieber, Michael / Neurauter, Rene / Gerstmayr, Johannes: Ein adaptiver Roboter zum Aufbau programmierbarer Strukturen in der Ebene. 2018.

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