Simulation und Vergleich der Energieeffizienz grundlegender Konzepte variabler Steifigkeitsaktoren

Abstract

In der Vergangenheit wurden verschiedene Konzepte f¨ur passiv nachgiebige Aktoren f¨ur den Gebrauch in neuartigen Robotersystemen entwickelt und konstruiert. Ein h¨aufig genannter Vorteil dieser Gelenksysteme ist der geringere Energieverbrauch gegen¨uber starren Aktoren bei der Ausf¨uhrung bestimmter Aufgaben. In dieser Arbeit wird der Energieverbrauch einiger grundlegender Konzepte passiv nachgiebiger Aktoren untereinander und mit einem starren Gelenk verglichen. Dazu wird ein am DLR entwickelter, variabler Steifigkeitsaktor mathematisch modelliert. Einige g¨angige Methoden der Reibungsmodellierung werden vorgestellt und es wird diskutiert, welche davon am zielf¨uhrendsten ist. Die Parameter zur Modellierung der Motorverluste k¨onnen aus vorangehenden Untersuchungen ¨ubernommen werden, w¨ahrend die experimentelle Identifikation der Reibungsparameter genauer erkl¨art und durchgef¨uhrt wird. Anhand der Versuchsergebnisse wird die Genauigkeit der Simulation validiert. Aus der so evaluierten Simulation werden Modelle f¨ur einen bidirektionalen Antagonismus mit variabler Steifigkeit, ein seriell elastisches Gelenk und ein starres Gelenk abgeleitet. Der aus diesen Simulation berechnete Energieverbrauch wird f¨ur verschiedene spezielle Trajektorien verglichen.