Effizienzsteigerung von Mechanismen durch Ausnutzung natürlicher Bewegungsmuster

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Aufgrund der zunehmenden Bedeutung mobiler autonomer Systeme wie z.B. Serviceroboter mit Manipulatoren, deren Betriebsdauer durch den Energieverbrauch bestimmt wird, sind Methoden zur Energiereduktion von besonderer Bedeutung. Innerhalb dieses Projektes soll daher in Analogie zu natürlichen Bewegungen die Ausnutzung nichtlinearer dynamischer Verkopplungen zur Reduktion des Energieaufwands in technischen Applikationen erfolgen. Unteraktuierte mechanische Systeme stellen in diesem Zusammenhang einen Grenzfall dar, da deren Bewegungen ausschließlich auf den Verkopplungen beruhen. Ziel ist die Entwicklung einer allgemeingültigen Methode zur Bahnplanung, die eine Energiereduktion von Mechanismen mit beliebiger Aktorkonfiguration gestattet. Grundlage hierfür ist das Zulassen von Abweichungen von der nicht energieoptimalen Solltrajektorie. Diese Abweichungen werden in Form eines Toleranzbandes definiert. Innerhalb des Toleranzbandes können die Verkopplungen in höherem Maße ausgenutzt werden. Dies führt zu Bewegungen mit reduziertem Energieverbrauch. Diese Ergebnisse werden auf schwach aktuierte Systeme angewandt, die neben einem Hauptantrieb über weitere Hilfsantriebe minimaler Leistung verfügen und die Vorteile unteraktuierter Systeme technisch nutzbar machen. Eine experimentelle Verifikation der theoretischen Ergebnisse erfolgt mit Hilfe eines schwach aktuierten Manipulators und konventionellen Knickarmrobotern. Zusätzlich soll die Balinplanungsmethodik auf geschlossene kinematische Ketten übertragen werden. Dies ermöglicht unter anderem den Einsatz in Laufmaschinen.