Grundsatzuntersuchungen, mathematische Modellierung und Ableitung einer Auslegungsrichtlinie für Gelenkantriebe nach dem Spinnenbeinprinzip
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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 329
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The biomimetic transfer of mechanisms and modes of action has great potential for technical developments. From a biomimetic point of view, biological spider legs are destined for robotic drives. They offer not only enhanced sensitivity with in a lightweight and compact design, yet also enable powerful and dynamic movements. In this work, the transfer of the biological model into a technical pivot drive was carried out using the biology‐push‐principle. Mathematical modelling and experimental verification of the theoretical behaviour was initially carried out. Furthermore, a design method was developed based on the knowledge gained. An example implementation was shown in form of a biomimetic joint actuator for an eight‐legged walking robot. With the dimensioning method, the spider leg actuator is universally applicable and can be used as a novel actuator in robotics.
Abstract
Biologische Lösungsansätze versprechen großes Potential für den technischen Fortschritt. Für Robotikantriebe können Spinnenbeine als optimales Vorbild dienen, da sie einerseits Leichtbau, Kompaktheit und Sensibilität sowie andererseits kraftvolle, dynamische Bewegungen in sich vereinen und dabei essentielle Grundanforderungen an technische Gelenkantriebe erfüllen. Im Rahmen der Arbeit wurde, mit Hilfe von Grundsatzuntersuchungen und der Biology-Push-Methodik, erstmals der Transfer des antagonistischen Spinnenbeinprinzips in einen technischen Gelenkantrieb erreicht. Das Funktions-prinzip dieses neuartigen Roboterantriebs wurde mit mathematischen Modellierungen und experimentellen Verifikationen wissenschaftlich ausgearbeitet. Die Erkenntnisse dieser Analysen ermöglichten die Ableitung einer Auslegungsmethodik. Die Validierung erfolgte anhand eines spinnenartigen Laufroboters. Damit ist der Gelenkmechanismus als neues Antriebselement allgemeingültig anwendbar und in der Robotik als neuer Aktuator einsetzbar.