Aktiv rekonfigurierbares Robotersystem zum Aufbau geschlossener Strukturen in der Ebene
ZusammenfassungFur die auditive und visuelle Wahrnehmung bieten sogenannte ,Virtual Reality" Systeme eine hochauflosende Nachbildung der Wirklichkeit bei gleichzeitig niedrigen Kosten. Um digitalisierte Objekte noch naher an die Realitat zu bringen, werden in dieser Arbeit programmierbare Strukturen vorgestellt, welche neben der visuellen auch die taktile Wahrnehmung ermoglichen sollen. Die Basis der programmierbaren Strukturen bildet ein zellularer Roboter, dessen Zellen sich sowohl verformen als auch aktiv verbinden konnen. Die dreieckigen Zellen besitzen an jeder Seitenkante einen Aktuator, wodurch es moglich ist, aus mehreren Zellen unstrukturierte Dreiecksnetze aufzubauen. Aufgrund der speziellen Gestalt der Gelenke konnen die von der Finite Elemente Methode bekannten Netze abgesehen von der Limitierung der Aktuatoren ohne Einschrankungen nachgebildet werden. Im Vergleich zum Stand der Technik, aus dem bereits durch Knoten und Aktoren aufgebaute Strukturen bekannt sind, ist es hier erstmals gelungen, autonome formbare Zellen zu entwerfen, welche sich aktiv an den Seitenkanten verbinden konnen. In der vorliegenden Arbeit werden der mechatronische Aufbau und die Kinematik des Systems beschrieben. Aufgrund der vielen Drehgelenke und der 3D gedruckten Bauteile aus Kunststoff sind eine merkliche Nachgiebigkeit und etwas Spiel vorhanden. Aus diesem Grund wurde ein Modell entwickelt, welches die Abweichungen der Bewegungen des zellularen Roboters von der Soll Bewegung nachbildet und somit die Ansteuerung der einzelnen Zellen wahrend des Bewegungsvorgangs erleichtert. Vergleiche zwischen dem Modell und Messungen am realen System mithilfe eines Motion Tracking Systems werden dargestellt. Der vorgestellte Ansatz liegt in weiten Teilen bereits auch in der raumlichen Form als Tetraeder vor, jedoch konnen mit diesem noch keine geschlossenen 3D Strukturen realisiert werden.AbstractFor auditory and visual perception, virtual reality systems offer a high resolution simulation of reality at low cost. To bring digitized objects even closer to reality, programmable structures are presented in this work, which should enable not only visual but also tactile perception. The foundation of the programmable structure is a cellular robot whose cells can both deform and connect independently. The triangular cells have an actuator on each side, which allows to create unstructured triangular meshes from a set of cells. Due to the unique shape of the joints, the meshes do not undergo any restriction apart from the limitation of the actuators. In comparison to the state of the art, where structures built up by nodes and links are known, it has been possible for the first time to design autonomous formable cells, which can connect themselves independently at the side edges. This paper describes the kinematics and the mechatronic design of the system. Due to many joints and the 3D printed components, there is noticeable clearance and flexibility in the cells. For this reason, a model was developed which simulates the deviations of the movements of the cellular robot from the desired trajectories and thus facilitates the motion control. Comparisons between the model and measurements on the real system using a motion tracking system are shown. Part of the presented approach is already available as a 3D system using tetrahedrons, but it is not yet possible to realize closed 3D structures with it.
Forschung im Ingenieurwesen