Ein Beitrag zur Entwicklung mobiler Roboter basierend auf multistabilen Tensegrity Strukturen

Schorr, Philipp GND

In dieser Arbeit wird die Anwendung von Tensegrity Strukturen mit mehreren stabilen Gleichgewichtskonfigurationen zur Realisierung von Lokomotionssystemen in der mobilen Robotik untersucht. Diese Strukturen werden unter dem mechanischen Aspekt modelliert und verschiedene Aktuatorstrategien zur Realisierung eines kontrollierten Wechsels zwischen den unterschiedlichen stabilen Gleichgewichtslagen abgeleitet. Zur experimentellen Verifikation der theoretischen Ansätze wird ein Prototyp einer multistabilen Tensegrity Struktur entwickelt. Die experimentellen Ergebnisse bestätigen die vorteilhaften Eigenschaften multistabiler Tensegrity Strukturen sowie die Möglichkeit von kontrollierten Konfigurationswechseln. Infolge von Erweiterungen des mechanischen Modells unter Berücksichtigung von Umwelteinflüssen wird das Bewegungsverhalten von Tensegrity Strukturen simuliert. In dieser Arbeit wird die Fortbewegung durch die Gleichgewichtslagenwechsel der multistabilen Tensegrity Struktur realisiert. Abhängig von der gewählten Aktuierungsstragie kann eine schreitende Lokomotion, eine kriechende Lokomotion sowie eine springende Lokomotion realisiert werden. Experimente mit dem entwickelten Prototyp bestätigen die zuvor untersuchten Lokomotionsformen. Durch Kombination der verschiedenen Bewegungsmodi resultiert ein multimodales Lokomotionssystem. Dieses Lokomotionssystem erlaubt die Anpassung des Lokomotionsprinzips hinsichtlich der gegebenen Umgebungsbedingungen.

In this work, tensegrity structures with multiple stable equilibrium configurations are investigated to develop locomotion systems in the fields of mobile robotics. These structures are modeled from the mechanical point of view and various actuation strategies to realize a controllable change between the different stable equilibrium states are derived. A prototype of a multistable tensegrity structure is developed to verify the theoretical approaches experimentally. The experimental results confirm the advantageous properties of multistable tensegrity structures and the possibility to change the configuration in a controllable manner. Due to extensions of the mechanical model considering environmental influences, the motion behavior of tensegrity structures is simulated. In this work, the locomotion is realized by changing between the stable equilibrium configurations of the multistable tensegrity structure. Various actuation strategies yield a tilting locomotion, a crawling locomotion and a jumping locomotion. Experiments with the developed prototype confirm the different locomotion types. A multimodal locomotion system is derived by combining the various locomotion modes. This system allows the adaptation of the locomotion principle with regard to the given environmental conditions.

In dieser Arbeit wird die Anwendung von Tensegrity Strukturen mit mehreren stabilen Gleichgewichtskonfigurationen zur Realisierung von Lokomotionssystemen in der mobilen Robotik untersucht. Diese Strukturen werden unter dem mechanischen Aspekt modelliert und verschiedene Aktuatorstrategien zur Realisierung eines kontrollierten Wechsels zwischen den unterschiedlichen stabilen Gleichgewichtslagen abgeleitet. Es wird ein Prototyp einer multistabilen Tensegrity Struktur entwickelt und dessen Bewegungsverhalten simuliert. Abhängig von der gewählten Aktuierungsstrategie kann eine schreitende Lokomotion, eine kriechende Lokomotion sowie eine springende Lokomotion realisiert werden. Experimente mit dem Prototyp bestätigen diese Lokomotionsformen. Durch Kombination der verschiedenen Bewegungsmodi resultiert ein multimodales Lokomotionssystem. Dieses Lokomotionssystem erlaubt die Anpassung des Lokomotionsprinzips hinsichtlich der gegebenen Umgebungsbedingungen.

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