A contribution to the investigation of the rolling movement of mobile robots based on tensegrity structures

Abstract

Die vorliegende Arbeit hat ihren Ursprung in den Algorithmen und Ansätzen zur Analyse eines Roboters mit variabler Geometrie, der an der TU Ilmenau entwickelt wurde. Ein solcher Roboter hat einen anfangs zylindrischen Roboter in eine kegelstumpfförmige Geometrie umgewandelt, um um die vertikale Achse drehen zu können, die sich am Erzeugungspunkt eines solchen Kegels befindet. Die vorliegende Arbeit beginnt mit einer Einführung der Grundlagen für das Studium von Tensegrity- Strukturen; Später werden aus den variablen Parametern der geometrischen Beschreibung des Roboters die kinematischen Gleichungen von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung für jeden Punkt der Geometrie des Roboters ausgewertet. In demselben Kapitel wird eine Alternative zum Vorhersagen der Bahn des Roboters unter Verwendung einer Klothoide vorgeschlagen. Diese Kurve hat den Zweck, Gleichungen der Bewegungsbahn des geometrischen Mittelpunkts des Roboters zu geben. In einem folgenden Kapitel werden die Steuerungsalgorithmen für die Abrollbewegung des Roboters sowie eine mögliche konstruktive Form vorgestellt, die zuvor für eine ähnliche Anwendung verwendet wurde. Im letzten Kapitel werden verschiedene Alternative von Materialien für die Herstellung des Roboterkörpers sowie die Grundlagen eines Ansatzes zur Bewertung gekrümmter Zugstrukturen vorgestellt. Darüber hinaus wird eine Berechnungsform für die spätere Entwicklung der endgültigen Geometrie des Roboters vorgeschlagen.

The present work has its origin in the algorithms and approaches for the analysis of a robot of variable geometry developed in the TU Ilmenau. Such robot hat an initially cylindrical robot changes to a truncated conical geometry, in order to be able to rotate around the vertical axis located at the generating point of such a cone. The present thesis begins with a basic explanation of the foundations for the study of tensegrity structures; later, from the variable parameters of the geometric description of the robot, the kinematic equations of position, velocity and acceleration are evaluated for every point of the geometry of the robot. In the same chapter an alternative of predicting the path of the robot using a clothoid curve is proposed, this curve has the purpose of giving equations of the trajectory of the geometric center of the robot. In a following chapter, the control algorithms for the rolling movement of the robot are presented, as well as a possible constructive form previously used for a similar application. Finally, the last chapter presents alternative materials for manufacturing the body of the robot, as well as the bases of an approach for the evaluation of curved tensile structures; additionally, it proposes a form of calculation for later development of the final geometry of the robot.