CARL
the Complaint Robotic Leg
Beschreibung
Dieser Forschungszweig verfolgt die Idee die biologisch motivierte verhaltensbasierte Steuerung für dynamisches zweibeiniges Laufen (B4LC) von der Simulation auf ein physikalisches System zu übertragen. Die Anforderungen an einen Prototpyne wurden von den in der Simulation gemachten Erfahrungen abgeleitet. Um einen natürlich wirkenden und energieeffizienten zweibeinigen Gang zu erzeugen ist eines der zentralen Konzepte von B4LC das Ausnutzen der passiven Dynamik des zugrundeliegenden Systems. Deshalb sollte eine prototypische Platform den Menschen so gut als möglich nachahmen - d.h. bzgl. der Antriebstechnick, des kinematischen Layouts und der Massenverteilung.
Als erste Iteration wurde ein nachgiebiges Roboterbein (CARL) entwickelt. Das Roboterbein ist planar und integriert sowohl mono- als auch biartikuläre Antriebseinheiten. Da die Antriebe eine Schlüsselkomponente darstellen, wurde eine Reihe von linearen seriel-elastischen Antrieben - die RRLab SEAs - entwickelt. Die Entwicklung wurde hauptsächlich von zwei Anforderungen getrieben: die Antrieben müssen in der Lage sein gewünschte Kräfte und Impedanzen zu erzeugen und robust gegenüber Stößen sein. Jeder RRLab SEA wird von einem dedizierten FPGA-basierten eingebetteten System geregelt. Weitere Informationen sind unter obigem Link zu finden.
In der Beinstruktur erzeugen die SEAs über direkte Hebel oder indirekte Hebelmechanismen Drehmomente in den Gelenken. Dadurch entsteht ein System, in welchem alle fünf Antriebe gekoppelt sind. Inspiriert durch die wissenschaftliche Erkentniss, dass Menschen mit Amputation in der Lage durch ein Kombination von kommerziellen Prothesen und einem SEA ein natürliches Gangbild zu erzeugen, wurde eine solche Prothese in das Bein integriert.
Um die Evaulierung des Beins in einer Laufbewegung zu ermöglichen, wurde ein Teststand entwickelt. Dieser besteht aus einem Laufband und einem Hebemechanismus. Speziell letzteres ist wichtig um das zweite "virtuelle" Bein zu simulieren.
Nachem die unter Regelungsebenen - Kraft- und Impedanzregelung - im Gesamtsystem validiert wurden, konnte bereits eine erste Laufbewegung generiert werden. Dafür wurde ein Subsystem von B4LC auf das Bein portiert.
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Veröffentlichungen
Sortiere nach: Autor, Jahr, Titel
- FPGA-Based Emulation of a Muscle Stretch Re?ex on an Electric Series Elastic Actuator.
Synergetic Cooperation between Robots and Humans, Vol. 811, S. 299 - 310. (2024) - Bio-Inspired Imprecise Impedance Control of Muscle-Driven Robotic Limbs.
Robotics in Natural Settings, Vol. 530, S. 42 - 53. (2023) - Muscular Damping Distribution Strategy for Bio-Inspired, Soft Motion Control at Variable Precision.
Sensors, Vol. 23, Nr. 5, (2023) - Continuous Inverse Kinematics in Singular Position.
Robotics for Sustainable Future, Vol. 324, S. 24 - 36. (2022) - Biologically Inspired Bipedal Locomotion - From Control Concept to Human-Like Biped.
Proceedings of 14th International Conference on Electromechanics and Robotics “Zavalishin’s Readings”, S. 3 - 14. (2020) - CARL–A Compliant Robotic Leg Designed for Human-Like Bipedal Locomotion.
(2020)
https://kluedo.ub.uni-kl.de/frontdoor/index/index/docId/5975 - Exploiting the intrinsic deformation of a prosthetic foot to estimate the center of pressure and ground reaction force.
Bioinspiration & Biomimetics, (2020) - Integration and Design of Actuation Redundancy in Robotic Leg CARL Based on the Physiology of Biarticular Muscles.
Dissertations – Technical University of Kaiserslautern, (2020)
https://www.dr.hut-verlag.de/9783843945981.html - Integration and Design of Actuation Redundancy in Robotic Leg CARL Based on the Physiology of Biarticular Muscles.
(2020) - SLIP-Based Concept of Combined Limb and Body Control of Force-Driven Robots.
Advances in Service and Industrial Robotics, Vol. 84, S. 547 - 556. (2020) - Technical Advantages and Disadvantages of Biarticular Actuators in Bipedal robots.
Robots in Human Life Proceedings of the 23rd International Conference on Climbing and Walking Robots and the support Technologies for Mobile Machines, S. 166 - 174. (2020) - Design of the musculoskeletal leg CARL based on the physiology of mono-articular and biarticular muscles in the human leg.
Bioinspiration & biomimetics, Vol. 14, Nr. 6, S. 066002. (2019) - FPGA-based Embedded System Designed for the Deployment in the Compliant Robotic Leg CARL.
Proceedings of the 16th International Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics - Volume 2, S. 537 - 543. (2019) - Coordination of the Biarticular Actuators Based on Instant Power in an Explosive Jump Experiment.
IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM), (2018) - Moment Arm Analysis of the Biarticular Actuators in Compliant Robotic Leg CARL.
Conference on Biomimetic and Biohybrid Systems, S. 348 - 360. (2018) - CARL – A Compliant Robotic Leg Featuring Mono- and Biarticular Actuation.
IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, S. 289 - 296. (2017) - Modular Control Architecture for Bipedal Walking on a Single Compliant Leg.
(2017)