Forschungsprofil

Am Lehrstuhl werden theoretische, numerische und experimentelle Problemstellungen im Bereich der Mehrkörpersysteme erforscht. Diese Mehrkörpersysteme sind beispielsweise Roboter, Werkzeugmaschinen, Hybridfahrzeuge oder Flugzeuge und sie bilden einen grundlegenden Teil eines mechatronischen Systems. Um das Zusammenwirken aus mechanischen Komponenten mit dem gesamten mechatronischen System optimal zu gestalten, werden Simulationstechniken eingesetzt, welche das System als Ganzes betrachten. Dafür wurde das open-source-Simulationpaket HOTINT von Prof. Gerstmayr entwickelt, welches eine rasche Anpassung an neue Anforderungen in der Simulation ermöglicht.

Zur effizienten Simulation stehen neben den Großrechnern der Universität auch Rechner mit bis zu 1TFLOP Rechenleistung in der Arbeitsgruppe zur Verfügung. Für experimentelle Untersuchungen ist eine umfangreiche Messtechnik zur Aufnahme von Beschleunigungen und Verschiebungen (Keyence; Vicon) mit einem Messverstärker von HBM zur Verfügung. Zur Vorgabe von Bewegungen kann u.a. ein Stäubli TX2-90L mit Kraft-Momenten-Flansch eingesetzt werden.

In Bachelor- und Masterarbeiten werden mechatronische Systeme analysiert, simuliert und aufgebaut, welche die technischen Probleme und Möglichkeiten von mechatronischen Systemen aufzeigen. Beispiele dafür sind eine aktive Schwingungsdämpfung, ein autonomes Fahrzeug und ein Knickarmroboter.

Neueste Erkenntnisse werden in Zeitschriften wie Multibody System Dynamics oder Acta Mechanica laufend publiziert.

 

Research profile

The research focus concerns theoretical, numerical and experimental problems in the field of multibody system dynamics. These multibody systems are, for example, robots, machine tools, hybrid vehicles or aircrafts and constitute a fundamental part of every mechatronic system. To optimize the interaction of mechanical components with the entire mechatronic system, simulation techniques are used that consider the system as a whole. The open-source simulation package HOTINT by Prof. Gerstmayr was developed for this purpose, which enables rapid adaptation to new simulation requirements.

For efficient simulation, in addition to the supercomputers of the university, computers with up to 1TFLOP computing power are available in the working group. A comprehensive measurement technique for recording accelerations and displacements (Keyence; Vicon) and a HBM measurement amplifier are available for experimental investigations. A Stäubli TX2-90L with force-moment flange can be used to prescribe motion within experiments.

In Bachelor and Master theses mechatronic systems are analyzed, simulated and designed. Examples include an active vibration absorber, an autonomous vehicle and an articulated robot.

The latest research is continuously published in journals such as Multibody System Dynamics and Acta Mechanica.

 

Roboter

 

Tetraeder

 

Forschungsprojekte


High-Performance Multibody Dynamics Simulation

In einer Kooperation mit der Linz Center of Mechatronics GmbH werden effiziente Simulationstechniken für Mehrkörpersysteme entwickelt. Das bereits seit 2015 laufende Kooperationsprojekt wird durch ein Comet K2-Zentrum (seit 2018: Symbiotic Mechatronics) gefördert. Der Fokus der Arbeit liegt in der Parallelisierung und Vektorisierung von mechanischen Systemen, welches aus einer Vielzahl von starren und flexiblen Körpern besteht, und durch Gelenke und Kontaktbedingungen verbunden wird. Ein neuer Simulationskern in HOTINT soll den aktuellen Entwicklungen von SIMD-Befehlen (single instruction – multiple data) und der zunehmenden Anzahl von Rechenkernen in Desktop-Rechnern gerecht werden. Ferner wird an der effizienten Umsetzung von Zeitintegrationsverfahren („Lie-Gruppen Integratoren“) und Modellreduktion geforscht.

In cooperation with Linz Center of Mechatronics (LCM) GmbH, efficient simulation techniques for multi-body systems are being developed. The cooperation project with LCM, which has been running since 2015, is funded by a Comet-K2 center on Symbiotic Mechatronics. The focus is put on the parallelization and vectorization of mechanical systems, consisting of a multitude of rigid and flexible bodies, interconnected by joints and unilateral contacts. A new simulation kernel in HOTINT should meet the current developments of desktop CPUS, concerning the extension of SIMD commands (single instruction - multiple data) and the increasing number of cores. Finally, research is being conducted regarding the efficient implementation of time integrators ("Lie group integrators") and model reduction.

 

Programmierbare Strukturen – 4D Druck

In diesem Projekt wird ein Adaptiver Roboter mit dreieckiger bzw. Tetraedrischer Struktur (ARTS) entwickelt, welcher beliebige, zeitveränderliche ebene bzw. räumliche Objekte nachbilden kann. ARTS bildet damit eine Grundlage für den sogenannten 4D-Druck, welcher derzeit noch in manchen Quellen als Zukunftskonzept bezeichnet wird. Während mit dem konventionellen 3D-Druck starre Objekte gedruckt werden, besteht ARTS aus programmierbaren und verformbaren Zellen. 4D-Druck bezeichnet dabei jene Technologie, welche die Herstellung beliebiger räumlicher (3D)Geometrien erlaubt, welche sich zusätzlich in der vierten Dimension – der Zeit – ändern können. 4D-Druck stellt eine mögliche disruptive Schlüsseltechnologie dar, da eine mindestens so breite Anwendungsmöglichkeit wie im 3D-Druck zu erwarten ist. Der Kern von ARTS liegt darin, dass sich einzelne Zellen durch Deformieren, Verbinden und Loslösen fortbewegen. Der selbst-rekonfigurierende Roboter ARTS bietet die Möglichkeit, bei fortwährender Miniaturisierung längerfristig ein frei programmierbares Material zu schaffen. Im Vergleich zu existierenden, starren „modularen Robotern“ kann sich ARTS an die Umgebung anpassen und somit nachgiebige und formbare Objekte erzeugen. Anwendungen werden im Design, in der Objektübertragung via Internet und im Gerüstbau gesehen.

 

 Programmable structures - 4D Printing

In this project an Adaptive Robot with triangular or Tetrahedral Structure (ARTS) is developed, which can replicate any time-varying plane or spatial objects. ARTS thus constitutes the basis for so-called 4D printing, which is still referred to as a pure future concept. While conventional 3D printing gives rigid objects, ARTS consists of programmable and deformable cells. 4D printing is the technology that allows the creation of any spatial (3D) geometry that can additionally change in the fourth dimension - time. 4D printing is a potential disruptive key technology because it is expected to have a range of applications at least as broad as 3D printing. The core of ARTS is based on single triangular or tetrahedral cells which can relocate themselves by deformation, connection and detachment. With continuous miniaturization, the self-reconfiguring robot ARTS offers the possibility of creating a freely programmable material in the long term. Compared to existing rigid "modular robots", ARTS can adapt to the environment and thus create flexible and formable objects. Applications are seen in design, in object transmission via the Internet and in scaffolding.