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 Neues Nano-CT-Gerät liefert hochauflösende Aufnahmen von winzigem Stummelfüßer-Bein
07.11.2017 | Technische Universität München

nachricht Neues Verbundprojekt erforscht die neurodegenerative Erkrankung Morbus Alzheimer
12.09.2017 | Universitätsklinikum Würzburg

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: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie