Optimierung und Weiterentwicklung granularer robotischer Greifsysteme unter Verwendung von Simulationen und maschinellem Lernen

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Pöschel
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411517575

Granulare Robotergreifsysteme stellen eine vielversprechende, aufstrebende Technologie dar, die sich in fast allen Bereichen der Industrie anwenden lässt.Granulare Greifer haben das Potential, moderne Fertigungsprozesse zu revolutionieren. Jedoch sind aktuelle Systeme häufig nicht optimiert und unzuverlässig. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass Dynamik und Struktur des Granulats in den Greifern auf mikroskopischer Ebene bislang kaum erforscht sind.Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer neuen Generation von hochgradig anpassungsfähigen Greifsystemen, deren Funktion schnell und autonom optimiert werden kann, um eine präzise und sichere Interaktion mit unterschiedlichsten Objekte zu gewährleisten.Im Projekt verfolgen wir den neuartigen Ansatz, numerische Simulationsmethoden mit evolutionären Algorithmen zu verknüpfen, um einerseits durch virtuelle Prototypisierung neue Greifer zu entwerfen und diese andererseits zu kalibrieren und in ihrer Funktionsweise zu optimieren, damit sie verschiedenartige Objekte optimal handhaben können.Die Simulationen werden außerdem dazu verwendet, neuartige Maschinenlernsysteme zur Steuerung der Greifer so zu trainieren, dass neue Klassen von Objekten optimal manipuliert werden können und das Greifersystem so adaptiv auf unbekannte Objekte bereits bekannter Objektklassen reagieren kann.Der hier vorgeschlagene numerische Ansatz ermöglicht es, die Optimierung und Entwicklung schneller, sicherer, einfacher und kostengünstiger durchzuführen als durch die herkömmliche Weiterentwicklung anhand realer Prototypen. Unsere einzigartige Methodik ermöglicht es zudem, Parameterräume zu untersuchen, die mit konventionellen Methoden nicht zugänglich wären. Da unser Ansatz kostengünstig ist, können wir risikolos neue Designs und Ansätze erproben, die bisher als "high-risk, high-reward" einzustufen waren.Neben der Entwicklung fortschrittlicher Verfahren für Design, Training und Optimierung von granularen Greifsystemen, werden wir zudem eine neue Generation von Greifern entwickeln und testen. Dazu stützen wir uns sowohl auf Simulationen als auch auf Experimente. Die Stärke und Anpassungsfähigkeit dieser neuen Generation von Greifern wird durch die Verwendung interner piezoelektrischer Wandler erreicht, durch die das im Effektor enthaltene Granulat selektiv fluidisiert oder verfestigt werden kann.Abschließend werden wir – unter Verwendung modernster dreidimensionaler Bildgebungsverfahren wie PEPT und der Computertomographie – erstmals die Struktur und Dynamik im Inneren des Greifers zeitlich und auf der Partikelskala räumlich aufgelöst untersuchen. Damit können wir erstmals eine Verbindung zwischen dem makroskopischen Verhalten granularer Greifer und der Mikrostruktur des Granulates herstellen. Davon erhoffen wir uns fundamental neue Einsichten in die Wirkungsweise granularer Greifer, die uns wiederum auf neue Ansätze zur Optimierung und zur Neu- und Weiterentwicklung granularer Greifsysteme führen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2100: Soft Material Robotic Systems
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Kooperationspartner: Dr. Christopher Windows-Yule, Ph.D.