Design von zweibeinigen Läufern für energieoptimale Fortbewegung in variierender Umgebung

Prof. L. Zentner
M. Zirkel, M. Sc.

In technischen zweibeinigen Laufsystemen kann durch die Abstimmung von mechanischen Systemelementen, wie Federn und Dämpfern, die Eigendynamik des Systems so eingestellt werden, dass eine hohe Energieeffizienz erreicht wird. Die Abstimmung der mechanischen Elemente auf eine Gangart hat jedoch den Nachteil, dass andere Gangarten nur mit suboptimaler Effizienz ausgeführt werden können. Durch mechanische Elemente, die ihre Nachgiebigkeit ändern, ist es möglich, das System auf mehrere Gangarten gleichzeitig abzustimmen, was die Energieeffizienz gangartübergreifend erhöht, den Regelungsaufwand reduziert und zugleich die Robustheit steigert. Derartige mechanische Elemente oder „compliant smart mechanics“ (COSM) sind nachgiebige multistabile Mechanismen in Kombination mit funktionellen Materialien, die dazu fähig sind, ihre Nachgiebigkeit ohne Hilfsenergie zu ändern.
Laufsysteme, die solche COSM-Systeme einsetzen und nutzen, sind aus dem Stand der Technik und Forschung nicht bekannt.

Es sollen Laufsysteme zur energieeffizienten Fortbewegung auf zwei Beinen in verschiedenen Umgebungen und mit verschiedenen Gangarten (Gehen und Rennen) entwickelt werden. Die Anpassungsfähigkeit dieser Systeme soll durch „compliant smart mechanics“ (COSM) erreicht werden. Dies sind nachgiebige mechanische Systeme, die „smart materials“ mit geometrischen bzw. strukturellen Eigenschaften (angestrebtes mono- oder bistabiles Verhalten) kombinieren. Diese Mechanismen werden nicht nur als Verbindung zwischen zwei benachbarter Segmente des Laufsystems, sondern auch zwischen dessen Extremitäten angewendet. Die hohe Energieeffizienz für die verschiedenen Gangarten und Umgebungen ergibt sich durch die Entwicklung optimaler Kennlinien (Kraft-Weg und/oder Kraft-Geschwindigkeit) und dessen Realisierung durch COSM.

KIT - Karlsruher Institut für Technologie: Prof. A. Fidlin; M. Sc. Y. Luo

01.09.2019 - 30.09.2022

DFG – Deutsche Forschungsgemeinschaft; Projekt: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/416912124
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