Mechatronik



Mechanik

Anthropomorpher Leichtbau-Roboter

Übersicht

  • Variable passive Flexibilität in jedem Gelenk
  • Menschenähnliche Stärke
  • Menschenähnlicher Bewegungsbereich
  • Robust gegenüber Kollisionen
  • Speicher für potentielle Energie in jedem Gelenk
  • Drei verschiedene Konzepte von variablen Steifigkeitsaktoren (VSA)
  • KEINE Drehmomentsensoren
  • Vollständig integrierte Elektronik
  • Modulares Design

Eigenschaften

  • 27 Freiheitsgrade
  • 50 Motoren
  • 108 Positionssensoren
  • 13.5 kg Gewicht
  • 3 kHz Regeltakt

Variable Steifigkeitsaktoren (VSA)

HASY_VSA_annot_de

Das Hand Arm System ist mit drei verschiedenen Typen von variablen Steifigkeitsaktoren ausgestattet:

  • Antagonismus (20 DoF Hand) [2]:
    • Zwei gleiche Motoren verstellen die Steifigkeit und ändern die Position
    • Progressiver Federmechanismus in den Seilzügen

FAS_de

  • BAVS - Bidirektionaler Antagonismus (2 DoF Handgelek,1 DoF Unterarmrotation) [3]:
    • Zwei gleiche Motoren verstellen die Steifigkeit und ändern die Position
    • Asymmetrische Kurvenscheibenform
    • Redundanter Gelenksantrieb

BAVS_de

  • FSJ - Floating Spring Joint (4 DoF Schulter- und Oberarmgelenke) [4]:
    • Ein großer Motor für die Gelenksposition
    • Ein kleiner Motor für Änderung der Steifigkeit
    • Eine einzelne Feder

FSJ_de

Elektronik

Die gesamte Elektronik zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Integrations- und Leistungsdichte aus.

Im Unterarm enthaltene Komponenten

  • 42 intelligente Motormodule mit integrierten Leistungsumrichtern mit einer Spitzenleistung von bis zu 180 W
  • FPGA-basierte Regelung
  • 12 V und 5 V Spannungsversorgung und -verteilung
  • Sensoren zur Messung der Federauslenkung

In Oberarm und Schulter enthaltene Komponenten

  • Acht Motoren mit einer Spitzenleistung von bis zu 1 kW
  • Modulare Leistungsumrichter
  • Sensoren zur Messung der Federauslenkung
  • FPGA-basierte Regelung

Maßgeschneidertes Netzteil (IGOR)

  • Fünf unabhängige 24 und 48 V Ausgänge mit Sanftanlauf und flinker elektronischer Sicherung für die Komplettversorgung eines Arms
  • 4 kW Spitzenleitung als Quelle und Senke
  • Energiespeicherung in Superkondensatoren erlaubt den Betrieb an normaler Steckdose
  • Steuerbar über Touchscreen oder RS232/USB

Ausgewählte Veröffentlichungen

[1] Grebenstein, M., Albu-Schäffer, A., Bahls, T., Chalon, M., Eiberger, O., Friedl, W., Gruber, R., Hagn, U., Haslinger, R., Höppner, H., Jörg, S., Nickl, M., Nothhelfer, A., Petit, F., Pleintinger, B., Reil, J., Seitz, N., Wimböck, T., Wolf, S., Wüsthoff, T. and Hirzinger, G., The DLR Hand Arm System, Robotics and Automation (ICRA), 2011 IEEE International Conference on, 2011

[2] Friedl, W., Chalon, M., Reinecke, J. and Grebenstein, M., FAS A flexible antagonistic spring element for a high performance over, Intelligent Robots and Systems (IROS), 2011 IEEE/RSJ International Conference on, 2011, pp. 1366-1372

[3] Friedl, W., Hoppner, H., Petit, F. and Hirzinger, G., Wrist and forearm rotation of the DLR Hand Arm System: Mechanical design, shape analysis and experimental validation, Intelligent Robots and Systems (IROS), 2011 IEEE/RSJ International Conference on, IEEE/RSJ, 2011, pp. 1836-1842

[4] Wolf, S., Eiberger, O. and Hirzinger, G., The DLR FSJ: Energy based design of variable stiffness joints, Robotics and Automation (ICRA), 2011 IEEE International Conference on, IEEE, 2011, pp. 5082 - 5089

[5] Wolf, S. & Hirzinger, G., A New Variable Stiffness Design: Matching Requirements of the Next Robot Generation, Robotics and Automation (ICRA), IEEE International Conference on, 2008, 1741-1746

[6] Grebenstein, M. & van der Smagt, P., Antagonism for a highly anthropomorphic hand-arm system, Advanced Robotics, 2008, 22, 39-55

 


Kontakt
Sebastian Wolf
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Robotik und Mechatronik
, Mechatronische Komponenten und Systeme
Tel: +49 8153 28-1060

Fax: +49 8153 28-1134

E-Mail: sebastian.wolf@dlr.de
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