Entwurf und Validierung eines biologisch inspirierten mechatronischen Antriebssystems für aquatische Roboter

Media type: E-Book; Thesis

Title: Entwurf und Validierung eines biologisch inspirierten mechatronischen Antriebssystems für aquatische Roboter

Contributor: Fremerey, Max [Author]; Witte, Hartmut [Degree supervisor]; Baars, Albert [Degree supervisor]; Behn, Carsten [Degree supervisor]

Corporation: Technische Universität Ilmenau ; Universitätsverlag Ilmenau

Published: Ilmenau: Universitätsverlag Ilmenau, 2016
Ilmenau: Universitätsbibliothek, 2016

Extent: 1 Online-Ressource (XIV, 353 Seiten); Diagramme, Illustrationen

Language: German

Identifier:

Keywords: Biobotik > Mobiler Roboter > Serviceroboter > Biomechanik > Antrieb

Origination:

University thesis: Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2016

Footnote:

Description: Mit Zunahme der Aktivitäten im Feld der Tiefseeforschung und -erkundung gewinnen autonome Unterwasserroboter an Bedeutung. Die Aufgabenerfüllung dieser mobilen Serviceroboter soll zukünftig verstärkt auch in solchen Gewässern erfolgen, welche dicht bewachsen oder mit Abfällen verunreinigt sind. Dadurch werden Antriebssysteme erforderlich, welche die Gefahr eines Funktionsausfalls aufgrund der Arbeitsumgebung des Roboters minimieren. Somit erfolgen innerhalb der vorliegenden Arbeit der systematische Entwurf sowie die Validierung eines biologisch inspirierten Antriebssystems, welches analog der Fortbewegung stetig schwimmender Fische den Vortrieb über gerichtete Verformung anstelle der Vollrotation eines Propellers erzeugt. Die Neuartigkeit dieses Antriebssystems besteht darin, dass der Vortrieb mittels einer variablen Anzahl an wechselsinnig bewegten Starrkörperelementen generiert wird, welche untereinander federnd verkoppelt sind. Unter Einbezug des derzeitigen Standes der Wissenschaft und Technik besteht die Herausforderung in der Reduktion der für die Fortbewegung erforderlichen Anzahl der Aktuatoren unter Beibehaltung eines technisch nutzbaren Vortriebs sowie der Manövrierfähigkeit des Roboters. Zudem sollen die gezielt platzierten Energiespeicher innerhalb des Mechanismus eine Optimierung des Leistungsbedarfs eines schwimmenden aquatischen Roboters ermöglichen: die während der Oszillation auftretende kinetische Energie wird in potentielle und für den nächsten Schlagzyklus nutzbare Energie gewandelt. Anhand von Mehrkörpermodellen werden daher der Leistungsbedarf sowie das Bewegungsverhalten mittels numerischer Simulationen ermittelt und geeignete Konfigurationen durch systematische Parametervariation herausgearbeitet. Anschließend erfolgt die konstruktive Umsetzung der simulativ gewonnenen Erkenntnisse in der EXPERIMENTALPLATTFORM URMELE 1.0, einem Vertreter der aquatischen Roboterfamilie URMELE. Unter Verwendung eines ebenfalls innerhalb dieser Arbeit entworfenen Versuchsstandes wird die Experimentalplattform im Versuch validiert. Die Experimentaldaten werden anschließend mit den Simulationsdaten verglichen. Ausgesuchte Baugruppen werden modifiziert. Die durchgeführten Untersuchungen bestätigen hierbei, dass sich durch Beeinflussung der das Antriebssystem wesentlich charakterisierenden Parameter, wie beispielsweise Amplitude und Federsteifigkeit, günstige Konfigurationen hinsichtlich des Leistungsbedarfs sowie des Bewegungsverhaltens ergeben.

Access State: Open Access

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