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The essence of the conceptual design is getting the innovative projects or ideas to promise the products with best performance. It has been proved that the theory of inventive problem solution (TRIZ) is a systematic methodology for innovation. The design of a passively compliant robotic joint as an engineering example is illuminated in this paper to show the significance and approaches of applying TRIZ into getting the creative conceptual design ideas. In the robotic joints with passively compliance, the joints are composed of mechanical components such as springs and dampers as internal elements, which absorb the excessive collision force. Passive compliant joints with springs and dampers ensure a smooth contact with the surroundings, especially if robots are in contact with humans, but the passive compliant joints cannot determine precisely the position of the members of the joint or direction of the collision force. The main aim of this work is to show a systematic methodology for innovation as an effective procedure to enhance the capability of developing innovative passive compliant robotic joint and to overcome the main design problems. The TRIZ method will be utilized in order to eliminate the technical contradictions which appear in the passively compliant robotic joint.

The problem of motion of two interconnected points in a resistive medium under periodic change of distance between them is considered. It is shown that a necessary condition for the locomotion (displacement of the center of mass) is the nonlinear law of resistance (dry or nonlinear viscous friction). If the mass points are identical, any periodic control law leads to a displacement of the center of mass only in the presence of anisotropic (asymmetrical) friction. If there are different masses, motion is possible also with isotropic friction law under the action of a periodic control law. In the paper such special laws for the control of the velocity and the direction of motion are presented. The friction is assumed to be small and the investigations are based on the method of averaging. By means of this method analytical dependence of the velocity of motion is obtained.

Passive compliant joints with springs and dampers ensure a smooth contact with the surroundings, especially if robots are in contact with humans, but the passive compliant joints cannot determine precisely the position of the members of the joint or direction of the collision force. In this paper was proposed the structure of a passive compliant robotic joint with conductive silicone rubber elements as internal embedded sensors. The sensors can operate as absorbers of excessive external collision force instead of springs and dampers and can be used for some measurements. Therefore, this joint presents one type of safe robotic mechanisms with an internally measuring system. The sensors were made by press-curing from carbon-black filled silicone rubber which is an electro active material. Various compression tests of the sensors were done. The main task of this study is to investigate the application of a control algorithm for detecting the direction of the robotic joint angular rotation when subjected to an external collision force. Soft computing methodology, adaptive neuro fuzzy inference strategy (ANFIS), was used for the controller development. The simulation results presented in this paper show the effectiveness of the developed method.

Bei vielen industriellen Automatisierungslösungen werden immer noch aufwendige Sonderlösungen für Handhabungssysteme eingesetzt. Dabei bieten sich ausgereifte Standardgeräte als Alternative an. Industrieroboter (IR) lassen sich dank umfangreicher Schnittstellen und einfacher Programmierung gut in komplexe Produktionsumgebungen einbinden. Ein Argument gegen den Einsatz eines Industrieroboters scheint die mangelnde Bahngenauigkeit bzw. der große Aufwand zur Erzielung einer ausreichenden Genauigkeit zu sein. Das Ziel dieser Arbeit war daher die vorhandene Bahngenauigkeit von Industrierobotern mit SCARA-Struktur zu untersuchen und zu verbessern. Dabei sollte der Roboter als mechatronisches System betrachtet werden, um die Einflüsse aller Komponenten auf das Bewegungsverhalten des Roboters berücksichtigt zu können. Für die Untersuchung komplexer Systeme haben sich in der Mechatronik Computersimulationen bewährt, um qualitative und quantitative Aussagen über das Systemverhalten zu gewinnen. Aus der formulierten Zielstellung ergaben sich drei Bestandteile (Modellbildung von IR, Simulation und Messung von Bahnbewegungen)für die vorgelegte Arbeit. Die Modellierung des SCARA-Roboter erfolgte als Mehrkörpersystem (MKS), da die Mehrkörperdynamik prädestiniert für die Analyse von Bewegungssystemen ist. Erweitert um elektrische und informationsverarbeiteten Komponenten liegt als Ergebnis der Arbeit ein Simulationsmodell vor, das sich gut für die rechnergestützte Simulation des Bewegungsverhalten eignet. Ein Schwerpunkt der theoretischen wie experimentellen Modellbildung waren die Antriebssysteme im Roboter. Die Simulation des Gesamtsystems erfolgte mit blockorientierten Simulationsprogramm Matlab/Simulink, dabei wurden die elektrischen und informationsverarbeitenden Komponenten in Simulink und die mechanischen Teilsysteme mittels des Mehrkörpersimulationsprogramms alaska erstellt. Auf Grundlage dieser Simulationsmodelle konnte die Dynamik und speziell das Bahnverhalten des Roboters untersucht werden. Für die Messung von geradlinigen Bahnen gibt es für Industrieroboter keine Vorschriften, sodass ein geeignetes Messverfahren für diese Messaufgabe ausgewählt wurde. Mittels des verwendeten Messaufbaues konnte das Bewegungsverhalten des SCARA-Roboters beim Fahren einer geradlinigen Bahn untersucht werden. Beim Vergleich der Ergebnisse von Simulation und Messung am Roboter zeigte sich eine qualitativ gute Übereinstimmung im Bewegungsverhaltens des erstellten Simulationsmodells mit dem realen System. Das Modell ist somit geeignet für die rechnergestützte Untersuchung der Dynamik von SCARA-Robotern eingesetzt zu werden. Mit den erreichten Ergebnissen ist es nun möglich abzuschätzen, welche dynamische Bahngenauigkeit erreicht werden kann und wann dieser Standardindustrieroboter eine ernsthafte Alternative zu aufwendigen Sonderlösungen darstellt.