InstitutTeam
Dr.-Ing. Svenja Spindeldreier (née Tappe)

Dr.-Ing. Svenja Spindeldreier

Dr.-Ing. Svenja Spindeldreier
Dr.-Ing. Svenja Spindeldreier
Funktionen
Gruppenleitung
Medizintechnik & Bildverarbeitung
Wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
Institut für Mechatronische Systeme

PROMOTIONSTHEMA

Die Untersuchung von schwer zu erreichenden Hohlräumen durch schmale Zugänge wird im technischen Umfeld als Boroskopie und in der Medizin als Endoskopie bezeichnet. Wenn neben der reinen Inspektion auch eine Manipulation erfolgen soll, wird ergänzend zu einer guten Anpassbarkeit an gekrümmte Pfade auch eine stabile Arbeitsplattform zur Aufnahme von Manipulationskräften benötigt. 

Einen Ansatz, die daraus resultierenden Anforderungen an die verwendeten Systeme zu adressieren, stellen schlangenartige Roboter dar. Ihre hyperredundante Struktur aus einzelnen Stellgliedern bietet eine vielseitige Positionierbarkeit. Die Verwendung von binären, kippstabilen Aktoren beschränkt zwar den Arbeitsraum auf wenige diskrete Punkte, bietet aber -- in Abhängigkeit vom Antriebsmechanismus -- besonders hohe Haltemomente und ermöglicht damit eine gezielte Systemversteifung. Eine Kombination beider Ansätze zur Klasse der binär aktuierten, hyperredundanten Manipulatoren ist in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen, jedoch existiert deutlicher Forschungsbedarf hinsichtlich Methoden zur optimalen Auslegung sowie zur gezielten Verfolgung von Referenzpfaden, sodass Kern der vorliegenden Arbeit die Erforschung der modellbasierten Bewegungsplanung dieser Roboterklasse ist.

Voraussetzung für eine hohe Pfadfolgegenauigkeit ist, dass der Manipulator sich grundsätzlich gut an einen vorgegebenen Referenzpfad anschmiegen kann. Der Einschränkungsgrad durch die diskrete Positionierbarkeit des Manipulators ist dabei abhängig von den geometrischen Parametern der einzelnen Segmente. Die Untersuchungen in dieser Arbeit zeigen, dass durch die Analyse kinematischer Leistungsmerkmale, wie Arbeitsraum(-dichte) oder erzielbarer Krümmungsradius, kein allgemeingültiges optimales Design gefunden werden kann. Daher wird eine Maßsynthese unter Berücksichtigung von Randbedingungen entworfen, in der optimale geometrische Parameter eines einzelnen binären Aktors synthetisiert werden.

Darauf aufbauend wird eine Pfadverfolgung gemäß dem "`Follow-the-Leader"'-Prinzip erarbeitet. Grundidee ist, dass das Endeffektorsegment den Referenzpfad exploriert, während alle weiteren Aktoren dem führenden Segment automatisch folgen. Da binäre Aktoren einen nicht-kontinuierlichen Schaltprozess aufweisen, wird ein modellbasierter Ansatz für die Bestimmung optimaler Schaltsequenzen vorgeschlagen, die zu jedem Zeitpunkt eine hohe Pfadtreue garantieren.

Die anschließende experimentelle Evaluation erfolgt nach der Modellierung und Identifikation relevanter Parameter für den Prototyp einer elektromagnetischen Kippaktorkette. Grundsätzlich kann die Funktionsfähigkeit der in dieser Arbeit erforschten Methoden zur Bewegungsplanung sowohl in der Simulation als auch experimentell nachgewiesen werden.

Details:

WERDEGANG

seit 2021
Leiterin der Forschungsgruppe "Medizintechnik und Bildverarbeitung" am Institut für Mechatronische Systeme, Leibniz Universität Hannover  

12/2020 Promotion

2020 Elternzeit

2017 - 2019
Leiterin der Forschungsgruppe "Robotik & autonome Systeme" am Institut für Mechatronische Systeme, Leibniz Universität Hannover

2013 - 2017 
wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Forschungsgruppe "Robotik & autonome Systeme" am Institut für Mechatronische Systeme, Leibniz Universität Hannover

AKTIVITÄTEN IN DER LEHRE

Lehrveranstaltungen

Abgeschlossene, betreute studentische Arbeiten

2019

  • Studienarbeit: Identifikation von Modellparametern und experimentelle Evaluation der Pfadfolgegenauigkeit eines hyperredundanten, elektromagnetischen Manipulators

2018

  • Diplomarbeit (extern): Entwicklung und Bewertung einer Ortungsfusion mit klassifizierten Landmarken aus einem visuellen Sensor im Fahrzeug
  • Masterarbeit (extern): Entwicklung eines visuellen Inspektionssystems zur Detektion und Lokalisation von Reifenaustrieben
  • Masterarbeit (extern): Virtually Guided Path Planning for Autonomous Guided Vehicles
  • Masterarbeit: Entwicklung und Umsetzung einer mobilen Roboterplattform mit Werkzeugmodul zur autonomen Unkraufbekämpfung
  • Studienarbeit: Lokalisation und Navigation einer Roboterplattform zur autonomen Unkrautbekämpfung
  • Masterarbeit: Zeiteffiziente Bewegungsplanung für einen hyperredundanten, binär aktuierten Roboters
  • Studienarbeit (extern): Adaptive zero-velocity thresholding for foot-mounted inertial navigation systems

2017

  • Masterarbeit: Vermeidung unbeabsichtigter Bewegungen eines binär aktuierten, hyperredundanten Schlangenroboters durch Erhöhung der Haltemomente an den Kippaktoren
  • Bachelorarbeit: Fitting Algorithmen für hyperredundante, binär aktuierte Roboter
  • Masterarbeit: Propriozeption eines hyperredundanten Endoskopsystems mittels sensitiver Ummantelung
  • Masterarbeit: Experimentelle Evaluation einer „Follow-the-Leader“-Steuerung für einen schlangenartigen Roboter
  • Studienarbeit: Abschätzung des Einflusses externer Kräfte auf die Positionierbarkeit eines schlangenartigen Roboters
  • Diplomarbeit: Konzeption, Implementierung und Evaluation eines Hardwaremoduls für die Follow-the-Leader-Steuerung eines schlangenartigen Roboters
  • Projektarbeit: Entwicklung eines Referenzmodells des Dickdarms als Grundlage für die Maßsynthese eines hyperredundanten, binär aktuierten Manipulators
  • Studienarbeit: Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Materialien auf das thermische Verhalten eines elektromagnetischen Kippaktors
  • Masterarbeit (extern): Modellierung einer aufgebauten Roboterzelle mit einem Low-Cost 3D-Sensor

 2016

  • Bachelorarbeit: Entwicklung eines kontinuierlichen Endeffektorsegmentes zur Kompensation von Positionsfehlern eines binär aktuierten Roboters
  • Masterarbeit: Erweiterung der „Follow-the-Leader“-Steuerung für einen binären, schlangenartigen Roboter um eine kontinuierlich aktuierte Endeffektorplattform
  • Masterarbeit: Complexity Reduction of the “Follow-the-Leader” Control Technique for a Snake-like Robot
  • Projektarbeit (extern): Konzeption und Entwicklung einer ROS-basierten mobilen autonomen Materialhandlingplattform auf Grundlage des Volksbot RT3

2015

  • Bachelorarbeit: Betrachtung der Pfadverfolgbarkeit für die Maßsynthese eines hyperredundanten, binär aktuierten Manipulators

2014

  • Masterarbeit: Optimierte Follow-the-Leader-Steuerung eines hyper-redundanten Roboters auf Basis elektromagnetischer Kippaktoren