2025-06-192025-06-19https://hdl.handle.net/11420/55911Ziel des Projekts ist die echtzeitfähige Modellinversion zur Vorsteuerung von sich schnell bewegenden Softrobotern. Während in der ersten Phase die echtzeitfähige Modellinversion für allgemeine unteraktuierte mechanische Systeme betrachtet wurde, soll der Fokus in der zweiten Phase auf den anwendungsspezifischen Herausforderungen im Bereich schnell bewegter Softroboter liegen. Softroboter sind moderne Roboter aus sehr weichen Materialien, wie z. B. Silikon oder anderen Elastomeren und bilden ein sehr aktuelles Forschungsgebiet. Durch ihre sehr weiche Struktur sind Softroboter besonders für Greifprozesse geeignet sowie für den Einsatz in Umgebungen, in denen die Möglichkeit einer Kollision mit der Umgebung oder Menschen besteht. Für Softroboter werden bisher vor allem auf quasi-statischen Modellen basierte Steuerungs- und Regelungsverfahren verwendet. Diese lassen sich jedoch nicht auf schnell bewegte Softroboter anwenden, da die Dynamik hier einen dominanten Einfluss hat. Daher sollen die hier entwickelten inversen Modelle die Dynamik explizit berücksichtigen. Für diese unteraktuierten Systeme ergibt sich die Fragestellung, welche strukturellen Eigenschaften vorliegen und wie darauf aufbauend die echtzeitfähige Modellinversion für größere Modelle mit vielen Freiheitsgraden, jedoch auch vielen Stellgliedern, effizient gestaltet werden kann. Des Weiteren erweisen sich Modelle für Softroboter aufgrund von Fertigungsungenauigkeiten und Parameterunsicherheiten häufig als ungenau. Daher wird auch eine datenbasierte Adaption der Modelle angestrebt, welche mit der Modellinversion kompatibel ist. Um frühzeitig mit realen Parametern zu arbeiten sowie für die Validierung der entwickelten Methoden, wird eine enge Verzahnung der numerischen Arbeiten mit experimentellen Arbeiten erfolgen. Dazu wird eine Softroboterfamilie aufgebaut, wodurch Softroboter mit unterschiedlicher Komplexität zur Verfügung stehen. Diese beinhalten einerseits eine durch die softe Natur gegebene Unteraktuiertheit, jedoch auch teilweise eine redundante Aktuierung, um komplexe Bewegungen ausführen zu können. Die Praxistauglichkeit der Modellinversion mittels Servo-Bindungen für viele Klassen von unteraktuierten Mehrkörpersystemen konnte im Projekt gezeigt werden.The aim of the project is real-time capable model inversion for feedforward control of fast-moving soft robots. While the first phase of the project considered real-time model inversion for general underactuated mechanical systems, the second phase will focus on the application-specific challenges in the area of fast-moving soft robots. Soft robots are modern robots made of very soft materials, such as silicone or other elastomers, and represent a highly relevant area of research. Due to their soft structure, soft robots are particularly suitable for gripping processes, as well as for use in environments where collisions with objects or humans may occur. So far, primarily feedforward and feedback control methods based on quasi-static models have been used for soft robots. However, these approaches are not applicable to fast-moving soft robots because their dynamic behavior plays a dominant role. Therefore, the inverse models developed in this project explicitly account for the system dynamics. For these underactuated systems, key questions arise regarding their structural properties and how, based on these, real-time model inversion can be efficiently implemented for larger models with many degrees of freedom and multiple actuators. Furthermore, models for soft robots are often inaccurate due to manufacturing imperfections and parameter uncertainties. Therefore, a data-driven adaptation of the models is also pursued, ensuring compatibility with model inversion. To incorporate real parameters at an early stage and validate the developed methods, numerical studies will be closely integrated with experimental work. For this purpose, a family of soft robots is being developed, providing systems of varying complexity. These include both the inherent underactuation due to the soft nature of the robots and cases of redundant actuation that enable complex movements. The practicality of model inversion using servo constraints for various classes of underactuated multibody systems has been demonstrated in the project.