Zusammenfassung
Der Beitrag beschreibt die Modellbildung, Analyse und Bewegungsplanung für das BionicKangaroo, das im Rahmen des Festo Bionic Learning Networks entwickelt wurde. Zunächst wird auf die Modellierung eingegangen und die prinzipielle Machbarkeit und Stabilisierbarkeit des Hüpfzyklus anhand eines modellprädiktiven Regelungsansatzes numerisch untersucht. Der eigentliche Reglerentwurf gliedert sich in die modellbasierte Regelung der Flug- und Bodenphase. Eine zusätzliche Schaltbedingung verbindet die Flug- und Bodenphase miteinander und initiiert den nächsten Hüpfzyklus durch das Abdrücken vom Boden.
Abstract
The BionicKangaroo was developed by the Festo Bionic Learning Network to mirror the characteristic and energy efficient movement behavior of the kangaroo. The contribution describes the model design, analysis and motion planning for the BionicKangaroo. After introducing the mathematical model consisting of the flight and stance phase, a feasibility study for achieving stable hopping is performed by deriving a model predictive control scheme that is used to compute a stationary hopping cycle with maximized velocity. The actual control design is split into the flight and stance phase. In addition, a switching condition is derived to connect the flight and stance phase and to initiate the next hopping cycle.
Über die Autoren
Prof. Dr.-Ing. Knut Graichen ist Professor am Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik der Universität Ulm. Hauptarbeitsgebiete: optimale und modellprädiktive Regelung, nichtlineare Steuerungs- und Regelungsverfahren, schnelle mechatronische Systeme.
Universität Ulm, Institut für Regel- und Mikrotechnik, Albert-Einstein-Allee 41, D-89081 Ulm
Dipl.-Ing. Sebastian Hentzelt ist Mitarbeiter am Institut für Mess-, Regel- und Mikrotechnik der Universität Ulm. Hauptarbeitsgebiete: optimale und modellprädiktive Regelung, verteilte Regelung von modularen Systemen.
Universität Ulm, Institut für Regel- und Mikrotechnik, Albert-Einstein-Allee 41, D-89081 Ulm
Dr.-Ing. Alexander Hildebrandt ist Projektleiter im Bereich Mechatronic Systems von Festo. Hauptarbeitsgebiete: Regelung von elektrischen und pneumatischen Antrieben, mechatronische Systeme.
Festo AG & Co. KG, Ruiter Str. 82, D-73734 Esslingen
B.Sc. Nadine Kärcher ist Mitarbeiterin im Bionic Learning Network von Festo. Hauptarbeitsgebiete: Hard- und Software-Design sowie Sensorik und Messtechnik in der Bionik.
Festo AG & Co. KG, Ruiter Str. 82, D-73734 Esslingen
Dr. Nina Gaißert ist verantwortlich für den Bereich Corporate Bionic Research von Festo. Hauptarbeitsgebiete: Wissenschaftliche Betreuung im Bionic Learning Network hinsichtlich biologischer Prinzipien.
Festo AG & Co. KG, Ruiter Str. 82, D-73734 Esslingen
Dr.-Ing. Elias Knubben ist Leiter der Abteilung Corporate Bionic Projects von Festo. Hauptarbeitsgebiete: Projektmanagement der Future Concepts im Bereich Bionik.
Festo AG & Co. KG, Ruiter Str. 82, D-73734 Esslingen
Danksagung
Die Autoren bedanken sich herzlich bei Daniel Bauer, Mart Moerdijk, Merlin Morlock und Martin Ehrle für ihre Unterstützung bei dem Aufbau und der Parametrierung des BionicKangaroos.
©2015 Walter de Gruyter Berlin/Boston
