Projektbeschreibung

Das Handgelenk ist ein Schlüsselfaktor für die Beweglichkeit und Geschicklichkeit des menschlichen Hand-Arm-Systems. Seit mehreren Jahrzehnten wird daran geforscht, die Fähigkeiten des Handgelenks auf Robotersysteme zu übertragen. Daraus resultieren vielfältige Mechanismen in seriellen, parallelen oder hybriden Konfigurationen mit bis zu drei Freiheitsgraden.

Der Stand der Technik und Forschung zeigt die Herausforderung auf, das Drehmoment und die dynamischen Fähigkeiten des menschlichen Handgelenks bei ähnlicher Größe, Trägheit und vergleichbarem Gewicht zu erzielen. Viele Robotersysteme übertreffen leicht das menschliche Handgelenk in Bezug auf Drehmoment und Geschwindigkeit. Allerdings führt die Verwendung großer Motoren mit hohen Getriebeübersetzungen zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Miniaturisierung. Soll das Robotersystem zudem auf ähnliche Weise wie der Mensch mit der Umgebung interagieren, bedarf es an Nachgiebigkeit und einstellbarer Steifigkeit.

Diese Herausforderungen führen zur Erkundung neuartiger Konzepte und Designparadigmen innerhalb der Robotik. Tensegritätsstrukturen bieten mit deren biologischer Inspiration eine vielversprechende Möglichkeit, nachgiebige Robotersysteme mit variabler Steifigkeit zu realisieren. Auf dem Tensegritätsparadigma-basierende Systeme können aufgrund des geringen Trägheitsmoments hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erreichen. Gleichzeitig ermöglicht die große Anzahl regelbarer Seile eine filigrane Handhabung von Objekten.

Mit dem Projekt wird das Ziel verfolgt, die Vorteile der steifen und weichen Robotik durch den Einsatz aktiver Tensegritätsstrukturen miteinander zu kombinieren und in nachgiebige Robotergelenksmechanismen einfließen zu lassen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der systemtheoretischen Beschreibung und Modellierung solcher Systeme sowie der Erforschung geeigneter regelungstechnischer Methoden.