Regelung eines radbasierten inversen Doppelpendels unter Betrachtung hybrider Dynamik

Beschreibung

Für Rollstuhlfahrer können Treppen zu einer deutlichen Minderung der Mobilität führen. Die Problematik des Treppensteigens mit einem radbasierten Gerät sowie die hierzu notwendige Methodik stehen im Fokus dieser Arbeit. Das treppensteigende Gerät („Stair Climbing Device“ = SCD) wurde als ein elektrisch angetriebenes mechanisches System aufgebaut. Es kann als ein radbasiertes inverses Doppelpendel betrachtet werden. Der Winkel zwischen dem Ober- und Unterkörper ist verstellbar und die vier Räder (Vorder- und Hinterräder) sind am Unterkörper befestigt. Das SCD weist eine hohe Ähnlichkeit zum treppensteigenden Rollstuhl iBOT auf. Ein Unterschied zwischen beiden Geräten ist, dass das SCD beim Treppensteigen keine manuelle Unterstützung benötigt. Selbständiges Treppensteigen ist der entscheidende Vorteil der hier vorgestellten Methodik, weil weder Geländer immer zur Verfügung stehen noch sich Assistenten in der Nähe befinden. Überdies ist ein Treppensteigen mit unbemannten Fahrzeugen oder Robotern möglich. Das SCD besitzt nichtlineare und abhängig von der Situation veränderliche zeitkontinuierliche Eigenschaften. Durch die einseitigen Rad-Boden-Bindungen weist es zudem diskontinuierliche Phänomene auf: Zustandsübergang zum Rad-Boden-Kontakt und Auflösen des Rad-Boden- Kontakts. Aufgrund der Wechselwirkung dieser beiden Phänomene, wird die Dynamik des Gesamtsystems als hybride Dynamik bezeichnet. Ein hybrider Zustandsautomat stellt das Gesamtmodell des SCD dar. Es beinhaltet vier diskrete Zustände, von denen jeder mit einem zeitkontinuierlichen Modell beschrieben ist. Diese Modelle wurden nach Verwendung von Lagrangeschen Gleichungen 1. Art mit entsprechenden Bindungen (Zwangsbedingungen) bestimmt. Die exakte Linearisierung wird als Basis der vorgestellten regelungstechnischen Methodik verwendet, um die nichtlineare Eigenschaft des SCD zu kompensieren.

Autor*in

Bruno Strah

Themen in »Regelung eines radbasierten inversen Doppelpendels unter Betrachtung hybrider Dynamik«

Doppelpendel Regelungstechnik hybride Dynamik

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