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Main Title: Modellbildung und Regelung eines fluidischen Muskelpaares
Translated Title: Modeling and control of a fluidic muscle pair
Author(s): Boblan, Ivo
Advisor(s): Rechenberg, Ingo
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Heutige stationäre wie mobile Roboter und Automatisierungsanlagen sind durch ihre noch zumeist starren Komponenten nicht für den Einsatz im unmittelbaren Bewegungsraum des Menschen geeignet. Da aber der Bereich der Servicerobotik immer mehr an Bedeutung gewinnt, müssen neue Aktuatoren für die gesteigerten Anforderungen an Nachgiebigkeit, Sicherheit und Robustheit nicht nur entwickelt, sondern auch modelliert und geregelt werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Modellbildung und Regelung eines antagonistischen Muskelpaares. Als Aktuator wird der fluidische Muskel der Firma Festo verwendet, da er einerseits über seine Membran inhärent elastisch und nachgiebig ist und andererseits über die fluidische Stellgröße Luftmasse seine Eigenschaften stufenlos eingestellt werden können. Einleitend werden einige für diese Arbeit wichtige Beziehungen des natürlichen Muskels dargestellt, seine biologischen Eigenschaften mathematisch beschrieben und der hier betrachtete fluidische Muskel als technisches Pendant seines biologischen Vorbildes vorgestellt. Nach der Beschreibung der Versuchaufbauten werden relevante Eigenschaften des technischen Muskelaktuators theoretisch besprochen und praktisch vermessen. In der anschließenden Modellbildung werden die zugrundeliegenden nichtlinearen Gleichungen entwickelt, ein lineares Modell am Arbeitspunkt abgeleitet und die fehlenden Parameter im Versuch identifiziert. Die daraufhin synthetisierten Regler werden dann sowohl am theoretischen Modell als auch am Versuchsstand verifiziert und abschließend auf ihre Praxistauglichkeit und Robustheit bei variierenden Lasten untersucht.
Today's stationary or mobile robots and automation systems are not suitable for employment within the immediate operating space of people due to their mostly rigid components. Since the field of service robotics is becoming increasingly important, new actuators for the increased requirements for compliance, security, and robustness have to be developed but also modelled and controlled. The present thesis details the modelling and controlling of an antagonistic muscle pair. As an actuator, the fluidic muscle of Festo AG & Co. KG is used. On the one hand, its membrane is inherently elastic and compliant, and on the other hand, its properties can be continuously adjusted by the manipulated variable fluidic air mass. As introduction, features of the natural muscle significant to this work are reviewed, its biological properties mathematically described, and the fluidic muscle used in this work is presented as a technical counterpart of the biological model. After describing the experimental setups, relevant characteristics of the technical muscle actuator are theoretically discussed and actually measured. In the subsequent modelling, the underlying nonlinear equations are developed, a linear model at the operating point is derived, and lacking parameters identified experimentally. The resulting controllers are then synthesized, both in the theoretical model as well as on the test bench and finally validated regarding their practicality and robustness for varying loads.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-26094
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2724
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2427
Exam Date: 30-Nov-2009
Issue Date: 14-Apr-2010
Date Available: 14-Apr-2010
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Bionik
Modellbildung
Muskel
Nachgiebigkeit
Regelung
Biomimetics
Compliance
Control
Modeling
Muscle
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Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 3 Prozesswissenschaften » Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik » Publications

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