Untersuchung der Mehrkörperdynamik und Regelung für den kollaborativen Transport elastischer Objekte mithilfe eines heterogenen Schwarms von fliegenden und fahrenden mobilen Robotern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Eberhard
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 433183605

In diesem Projekt soll der kooperative Transport von elastischen Objekten mithilfe eines heterogenen Roboterschwarms untersucht werden, wobei zugleich im Raum fliegende als auch am Boden fahrende mobile Roboter zum Einsatz kommen sollen. Bereits heute werden mobile Roboter zur Lösung wichtiger Aufgaben eingesetzt. Allerdings kann es immense Vorteile mit sich bringen, anstatt eines einzelnen Roboters einen Schwarm kooperierender Roboter einzusetzen. So kann durch die unterschiedliche Leistungsfähigkeit und die Anzahl der Roboter nicht nur die Flexibilität, sondern auch die Robustheit gegenüber dem technischen Versagen einzelner Roboter verbessert werden. Darüber hinausgehend bietet ein heterogener Schwarm weitere Vorteile, beispielsweise können am Boden fahrende Roboter einen Gegenstand in der Regel sehr sicher und effizient transportieren, bestimmte Hindernisse können aber unter Umständen nur von einem fliegenden Roboter überwunden werden.Dadurch bringt das vorliegende Projekt einige neuartige Herausforderungen mit sich. So müssen nicht nur die Dynamik der einzelnen Roboter robust geregelt und der Schwarm insgesamt koordiniert werden, sondern es müssen auch die Manipulatoren der Roboter zugleich so geregelt werden, dass eine kooperative Manipulation elastischer Objekte ermöglicht wird. Dies macht es erforderlich, auch die Nutzung fortgeschrittener, in diesem Bereich bisher nicht gebräuchlicher, Regelkonzepte in Betracht zu ziehen und simulativ zu untersuchen. Dies beinhaltet beispielsweise Distributed und Information-Theoretic Model Predictive Control. Dahingehend zielt das Projekt darauf ab, die Methodik der Regelung und Koordination von Roboterschwärmen entsprechend zu erweitern. Hierfür soll eine umfassende Programmumgebung umgesetzt werden, welche die Modellierung, Simulation und Regelung heterogener Roboterschwärme ermöglicht. Damit wird die simulative Untersuchung kooperativer Transportaufgaben ermöglicht, inklusive der Übergabe des transportierten Objekts von am Boden fahrenden zu fliegenden Robotern und umgekehrt. Parallel dazu sollen zur Validierung Hardware-Experimente entwickelt und durchgeführt werden. Dies beinhaltet die Entwicklung entsprechender Roboter, dazu passender Manipulatoren, und die Untersuchung und Implementierung geeigneter Methoden für die Sensorik, Lokalisierung, Navigation und Kommunikation der Roboter. Die enge Kooperation der beteiligten Forschergruppen, mit ihrem Erfahrungsreichtum im Umgang mit und der Entwicklung von Roboterhardware sowie der Regelung und Simulation mechanischer Systeme, ermöglicht es, die ansonsten oft vorhandene Lücke zwischen Regelungstheorie, Simulationen und konkreten Hardware-Experimenten zu schließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Qirong Tang