Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bewegungsschule für Roboter

29.08.2011
Die sicheren und effizienten Bewegungen von Robotern stehen im Mittelpunkt eines aktuellen Forschungsprojekts des Wissenschaftsfonds FWF.

Ziel der Arbeit ist es, die kontrollierte Steuerung von Roboterbewegungen durch neue mathematische Zugänge zu verbessern. Dabei werden insbesondere das Erkennen von Kollisionssituationen und die Planung optimaler Bewegungspfade untersucht. Ausschlaggebend für die Initiierung des Projekts waren neue Entwicklungen in den Bereichen Bewegungsplanung, Computer-Aided Design und algebraische Geometrie. Im Rahmen des Projekts werden algebraische Methoden für die Bewegungssteuerung von Robotern erstmals mit numerischen und geometrischen Methoden verbunden.


Keine Halloween-Dekoration sondern die Visualisierung einer algebraischen Gleichung, die Bereiche in denen ein Roboter aus geometrischen Gründen unsteuerbar wird, beschreibt. © Josef Schadlbauer und Manfred Husty

Ein Roboter bekommt seine Motorik in die Wiege gelegt. Als digitale Programmcodes wird sie in seinen mikroprozessorbasierten Speichern deponiert. Doch die so definierten Bewegungsmuster sind für die Umgebung - oder den Roboter selbst - nicht in allen Situationen sicher. Auch entsprechen sie nicht immer den Anforderungen der Betreiber an die Effizienz der Roboterleistung. Diese Einschränkungen ergeben sich z. T. aus den mathematischen Ansätzen, die für die Berechnung der Bewegungsmuster gewählt werden. Neue Ansätze zu entwickeln, mit denen mehr Sicherheit und Effizienz möglich werden, ist nun das Ziel einer Forschungsgruppe um Prof. Manfred Husty und Prof. Hans-Peter Schröcker am Institut für Grundlagen der Bauingenieurwissenschaften der Universität Innsbruck.

GESCHMEIDIG WIE EIN ROBOTER
"Roboter" werden im Rahmen des vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Projekts ganz allgemein gefasst. Egal ob Industrieroboter oder R2D2 - sie alle müssen ihre Bewegungen in erster Linie sicher ausführen. "Sicher heißt, dass ein Roboter bei der Durchführung seiner Aufgaben nicht mit der Umgebung oder mit sich selbst kollidiert. Auch sogenannte gefährliche Bereiche muss er meiden. Es handelt sich dabei aber nicht um physikalisch vorhandene Hindernisse, sondern um Positionen, in deren Nähe der Roboter aus geometrischen Gründen unsteuerbar - und damit potenziell gefährlich - wird. In der Robotik bezeichnen wir diese Bereiche auch als Singularitäten", erklärt Projektleiter Prof. Schröcker.

Natürlich gibt es bereits zahlreiche Methoden, solche Bereiche zu berechnen und bei den Bewegungsmustern der Roboter auszusparen. Doch diesen Methoden ist eines gemeinsam, meint Prof. Schröcker: "Die bisher angewendeten Methoden basieren auf numerischen Kalkulationen. Diese sind nicht exakt. Sie erlauben es auch nicht, eine Garantie darüber abzugeben, dass alle gefährlichen Bereiche in den Berechnungen berücksichtigt wurden. Algebraische Methoden hingegen sind nicht nur exakter, sondern könnten auch diese Garantie ermöglichen."

Denn, grob gesagt, befasst sich die Numerik mit der Lösung kontinuierlicher mathematischer Probleme durch diskretisierte Computerberechnung. Algebra hingegen nutzt auch Variablen, was exaktere und umfassendere Berechnungen ermöglicht. Tatsächlich haben algebraische Methoden in den mechanischen Wissenschaften in den letzten Jahren zunehmend an Popularität gewonnen. Auch gibt es bereits erste theoretische Ergebnisse für ihre Anwendung im Bereich der Roboterbewegungen. Doch bisher wurden diese nicht an die praktischen Anforderungen des Maschinenbaus angepasst. Genau das wird in dem aktuellen Projekt erreicht.

DER WEG IST NICHT DAS ZIEL
Die Entwicklung neuer mathematischer Methoden soll jedoch nicht nur dazu beitragen, dass Roboter "gefährliche" Bereiche optimal vermeiden, sondern auch ihre Bewegungsabläufe möglichst effizient ausführen. Dabei kann effizient "auf dem kürzesten Weg" bedeuten, oder auch "schnell", "elegant" und "energiesparend". Bei den Berechnungen der notwendigen Wegstrecken müssen Kollisionsmöglichkeiten und die "gefährlichen" Bereiche berücksichtigt werden, wie Prof. Schröcker erläutert: "Die Berechnungen kann man sich so vorstellen, dass man Punkte im Raum durch glatte Kurven verbindet, welche hinreichend weit von den zu vermeidenden Bereichen entfernt bleiben. Die Entwicklung geeigneter Methoden dazu ist ein wesentliches Ziel dieses Projekts des FWF, das grundlegende Mathematik mit praktischen Nutzeranwendungen verbinden wird."
Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Hans-Peter Schröcker
Universität Innsbruck
Technikerstraße 13
6020 Innsbruck
T +43 / (0)512 / 507 - 6835
E hans-peter.schroecker@uibk.ac.at
Der Wissenschaftsfonds FWF:
Mag. Stefan Bernhardt
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090 Wien
T +43 / (0)1 / 505 67 40 - 8111
E stefan.bernhardt@fwf.ac.at
W http://www.fwf.ac.at
Redaktion & Aussendung:
PR&D - Public Relations für Forschung & Bildung Mariannengasse 8
1090 Wien
T +43 / (0)1 / 505 70 44
E contact@prd.at
W http://www.prd.at

Dr. Katharina Schnell | PR&D
Weitere Informationen:
http://www.fwf.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf
20.04.2018 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Bionik-Forschungsvorhaben untersucht mechanische Eigenschaften von Außenskeletten
26.03.2018 | Hochschule Bremen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Software mit Grips

Ein computergestütztes Netzwerk zeigt, wie die Ionenkanäle in der Membran von Nervenzellen so verschiedenartige Fähigkeiten wie Kurzzeitgedächtnis und Hirnwellen steuern können

Nervenzellen, die auch dann aktiv sind, wenn der auslösende Reiz verstummt ist, sind die Grundlage für ein Kurzzeitgedächtnis. Durch rhythmisch aktive...

Im Focus: Der komplette Zellatlas und Stammbaum eines unsterblichen Plattwurms

Von einer einzigen Stammzelle zur Vielzahl hochdifferenzierter Körperzellen: Den vollständigen Stammbaum eines ausgewachsenen Organismus haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Berlin und München in „Science“ publiziert. Entscheidend war der kombinierte Einsatz von RNA- und computerbasierten Technologien.

Wie werden aus einheitlichen Stammzellen komplexe Körperzellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen? Die Differenzierung von Stammzellen in verschiedenste...

Im Focus: Spider silk key to new bone-fixing composite

University of Connecticut researchers have created a biodegradable composite made of silk fibers that can be used to repair broken load-bearing bones without the complications sometimes presented by other materials.

Repairing major load-bearing bones such as those in the leg can be a long and uncomfortable process.

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Grösster Elektrolaster der Welt nimmt Arbeit auf

20.04.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Bilder magnetischer Strukturen auf der Nano-Skala

20.04.2018 | Physik Astronomie

Kieler Forschende entschlüsseln neuen Baustein in der Entwicklung des globalen Klimas

20.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics