LeRoS-F - Fluidische Leichtbauroboter

1. FWBI Friedrich-Wilhem-Bessel-Insitut Forschungsgesellschaft mbH
2. IAI FZK Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Angewandte Informatik, Eggenstein-Leopoldshafen

Ziel des Forschungsvorhabens war es, ein innovatives Roboter-Baukastensystem zu konzipieren und zu entwickeln, das sich durch eine Reihe von Eigenschaften von den heute gängigen Robotersystemen unterscheidet und diese in wesentlichen Funktionsmerkmalen übertrifft. Das neuartige Robotersystem sollte insbesondere mit neuartigen fluidischen Gelenkantrieben ausgestattet sein, die elastisch und nachgiebig sind, was einen weitgehend
gefahrlosen Einsatz solcher Robotersysteme in der Umgebung des Menschen zulässt. Beim Gesamtentwurf wurde gleichzeitig das Ziel eines modularen Leichtgewicht-Systemaufbaus verfolgt, der nach Art von Baukastensystemen bei der späteren Umsetzung der Forschungs- und Entwicklungsergebnisse die Realisierung sehr unterschiedlicher Robotervarianten gestattet.

Das Anwendungspotenzial des Baukastensystems LeRoS-F (Leichtbau-Roboter mit Servo-Fluidaktoren) wurde an beiden Forschungsstellen durch den Aufbau von Demonstratoren in zwei Gestaltungsvarianten (mit und ohne Außenharthülle/Gehäuse) für unterschiedliche Anwendungsgebiete bestätigt. Dabei wurden aus den gefertigten Entwicklungsmustern der Module des Baukastensystems an der Forschungsstelle 1 (FWBI) ein hydraulisch betätigter
Leichtbau-Roboter-Oberarm (Schulter) mit drei Gelenken und an der Forschungsstelle 2 (IAI FZK) ein pneumatischer Unterarm mit vier Gelenken sowie ein Fragment des Beines einer Laufmaschine mit zwei pneumatischen Gelenken entwickelt und aufgebaut. Zur Ansteuerung der Demonstratoren mit einem PC-basierten Robotercontroller wurde eine modularisierte Bedieneroberfläche spezifiziert und programmiert, die sich automatisch an die Anzahl der angeschlossenen Gelenke anpasst. Mit diesen komplexen und funktionierenden Demonstratoren ist die Tragfähigkeit des Konzeptes nachgewiesen und belegt worden.

• Mihajlov M., Wendland E., Ivlev O., Gräser A. : "Versuchsaufbau und Reglerentwurf für modulare Leichtbaurobotergelenke mit flexiblen fluidischen Aktorelementen"; Deutsche Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik e.V. (DFMRS), 8. Fachtagung: Automatisierung, Mechatronik, Regenerative Energiesysteme; ISSN 0944-694X, Bremen, 2004, S. 67-78
• Schulz S., Mehne C., Ebersoldt A., Rößler W., Schulz M.: "Fluidisch angetriebene Gelenke für modulares Leichtbaurobotersystem"; Deutsche Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik e.V. (DFMRS), 8. Fachtagung: Automatisierung, Mechatronik, Regenerative Energiesysteme; ISSN 0944-694X, Bremen, 2004, S. 53-66
• Mihajlov, M., Ivlev, O.: "Development of Locally Controlled Fluidic Robotic Joints Actuated by Rotary Elastic Chambers"; Proc. of the 25th/26th Colloquium of Automation, Salzhausen, 2005, pp. 76-87.
• O. Ivlev, M. Mihajlov, E. Wendland, A. Gräser: "Neuartiges Leichtbau-Roboter-Baukastensystem mit elastischen fluidischen Gelenkmodulen für zahlreiche Anwendungsgebiete in der Produktions- und Handhabungstechnik"; Deutsche Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik e.V. (DFMRS), 9. Fachtagung: Industrielle Gemeinschaftsforschung; ISSN 0944-694X, S. 49-72.; 2006
• Schulz S.,Werner T., Breitwieser H., Rößler W., Bretthauer G.: Ëntwürfe von neuartigen
  Leichtbaurobotern mit pneumatisch betätigten Gelenkmodulen auf der Basis flexibler Antriebselemente; Deutsche Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik e.V. (DFMRS), 9. Fachtagung: Industrielle Gemeinschaftsforschung; ISSN 0944-694X, S. 35-47; 2006
• M. Mihajlov, O. Ivlev, A. Gräser: "Design and Control of Safe Robotic Arm with Compliant Fluidic Joints"; Proceedings of the 37th International Symposium on Robotics ISR and 4th German Conference on Robotics ,2006, May 15-17, Munich O. Ivlev , M. Mihajlov , E. Wendland , A. Gräser: "New Compliant Fluidic Rotary Actuators for Soft Service and Assistance Robotics"; Proceedings of the 10th International Conference on New Actuators, June 14 - 16, pp. 1033-1036, Bremen
• O. Ivlev, A. Gräser: "Leichtbau-Roboter mit elastischen fluidischen Gelenkmodulen für Service- und Assistenzbereiche"; Mechatronik - Schlüssel für Innovation, Wettbewerbsfähigkeit und Wachstum: Dokumentation zum 1. Bremer Mechatronik-Tag anlässlich der Eröffnung des Bremer Centrums für Mechatronik, BCM, Bremen, S. 48-53, 2006
• O. Ivlev, M. Mihajlov , A. Gräser: "Modular Multi-Sensory Fluidic Actuator with Pleated Rotary Elastic Chambers"; Proceedings of the 4 th IFAC Symposium on Mechatronic Systems, September 12 - 14, Heidelberg, Germany; 2006
• M. Mihajlov, M. Hübner, O. Ivlev, A. Gräser: "Modelling and Control of Fluidic Robotic Joints with Natural Compliance"; Proceedings of the IEEE Int. Conf. on Control Applications, Oktober 2 - 4, Munich, Germany; 2006