Abstract This diploma thesis presents the development, construction and testing of a new variant of a passively adjustable compliant joint. This joint is located between the modules of a modular swimming robot. The locomotion of this robot is biologically inspired. At the moment, there are two possible movement patterns: an eel-like (anguilliform) locomotion and a thuna-like (thunniform) locomotion. The robot consists of a two module base structure. A variable number of effector modules can be connected with these base modules. The base structure carries the power supply, the receiver for the remote control, the motor controller and the single drive. The number of the effector modules defines the movement patterns (anguilliform or thunniform). The coupling of the effector modules is mechanically executed. The utilised compliant joint is the focal point of this thesis. The new design is based on the plane bending of linear spring steel sheets in contrast to the current pattern with linear spiral springs. Two variants are constructed, one with two parallel spring steel sheets and one with a single centered spring steel sheet. Especially the single centered spring steel sheet variant enables the tail structure with three modules to perform anguilliform motions. Furthermore, the first steps for a sensory recording of current and voltage of the single drive actuated swimming robot are undertaken. A measuring circuit is designed, produced and programmed. This circuit delivers exact results of the current that is consumed by the motor. The results are sent to a PC via USB cable and connector. In addition to that, a variant for a modular connector that can carry the compliant joint and connects the joint with the robot’s body is constructed and a first sample is built and tested. The sample build of the modular connector is waterproof and presents an alternative to the current design.
Zusammenfassung Diese Diplomarbeit stellt die Entwicklung, die Konstruktion und den Test einer neuen Variante eines Gelenks mit passiv einstellbarer Elastizität vor. Das Gelenk befindet sich zwischen den Modulen eines modularen aquatischen Roboters. Die Lokomotion dieses Roboters ist biologisch inspiriert, derzeitig ist eine aal-ähnliche (anguilliforme) und eine thunfisch-ähnliche (thunniforme) Fortbewegung möglich. Hierfür besteht der Roboter aus einer Basisstruktur an welche eine variable Anzahl an Effektormodulen anschließbar ist. Die Basisstruktur beinhaltet die Energieversorgung, den Empfänger für die Fernsteuerung, den Motorregler und den Antrieb selbst. Die Anzahl der Effektormodule definiert dabei die Fortbewegungsart (anguilliform bzw. thunniform), die Kopplung der Effektormodule untereinander erfolgt mechanisch. Das hierbei verwendete nachgiebige Gelenk ist Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit. Das entworfene Design basiert dabei - im Gegensatz zur derzeitigen Gestaltung mit linearen Schraubenfedern - auf der geraden Biegung von linearen Federblechen. Es werden zwei verschiedene Varianten gebaut, eine mit zwei parallelen Federblechen und eine mit einem zentralen Federblech. Dabei ermöglicht insbesondere die Variante mit dem zentralen Federblech eine anguilliforme Bewegung der Effektormodule. Des Weiteren erfolgt eine erste sensorische Erfassung von Strom und Spannung des aquatischen Roboters. Eine elektrische Schaltung wird entworfen, aufgebaut und programmiert. Die Messschaltung liefert exakte Ergebnisse bei der Strommessung. Mittels USB-Schnittstelle sendet die Schaltung die Messwerte an den PC. Zusätzlich finden die Konstruktion und der Test einer Variante eines modularen Verbinders zwischen Effektormodul und nachgiebiger Kopplung statt. Der Testaufbau der modularen Verbindung erweist sich als wasserdicht und stellt eine Alternative zum aktuellen Design dar.
Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2011