Modellbasierter Entwurf und Optimierung mehrbeiniger Laufroboter

Das mehrbeinige Laufen wirkt bei der Beobachtung von Insekten und Tieren so einfach und selbstverstandlich. Gleichzeitig bietet es aber so viele konzeptionelle und robotische Herausforderungen. Dieser Widerspruch zwischen der hohen Komplexitat des technischen Laufens gegenuber den naturlichen, einfachen Vorbildern fasziniert Forscher und Denker schon seit Jahrtausenden. Dennoch gibt es bis heute nur wenige Moglichkeiten die Fahigkeiten von einem Laufroboter auf einen anderen zu ubertragen oder die Systeme auch nur miteinander zu vergleichen. Diese Arbeit ermoglicht es die Leistungsfahigkeit mehrbeiniger Laufroboter systematisch und zugleich systemunabhangig zu analysieren und gezielt weiterzuentwickeln. In einem ersten Schritt konnte die hierfur notwendige Abstraktion durch ein auf die wesentlichen Lokomotionskenngrosen reduziertes Lokomotionsmodell erreicht werden. Die Konzeption und Entwicklung dieses Modells bietet einen tiefen Einblick in die zentralen Gemeinsamkeiten der mehrbeinigen Lokomotion. Bei der Entwicklung neuer Laufroboter sowie dem anstehenden Transfer dieser Systeme in reale Anwendungen ergeben sich stets wiederkehrende Herausforderungen. Anhand dieser abgeleiteten Anforderungen konnten die wichtigsten, systemunabhangigen Leistungskenngrosen (Key Performance Indikatoren) fur mehrbeinige Laufroboter identifiziert werden: Stabilitat, Geschwindigkeit und Energieeffizienz. Auf Basis des abstrahierten Lokomotionsmodells konnten drei neue Laufroboter-Metriken entwickelt werden, die diese zentralen Leistungskriterien vergleichbar machen. Die systemunabhangigen Analyseverfahren basieren auf diesen Metriken und erlauben eine roboterunabhangige Bewertung sowie Identifikation von Best Practices. Die auf diesen Analysen aufbauenden und ihm Rahmen dieser Arbeit entwickelten Optimierungsverfahren sind in der Lage die Leistungsfahigkeit mehrbeiniger Laufrobotern erfolgreich zu steigern. Die experimentelle Evaluation der entwickelten Ansatze und Verfahren mit den sechsbeinigen Laufrobotern LAURON IVc und LAURON V konnte die positiven Effekte auf die Stabilitat, Geschwindigkeit sowie Energieeffizienz nachweisen.