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This paper deals with the (adaptive) control of a mechanical system, which is inspired by biological ideas. We present some theoretical investigations of a worm-like locomotion system that has the earthworm as a living prototype. This system is modelled in the form of a straight chain of k=3 interconnected point masses. The ground contact can be described by non-symmetric dry friction. We consider the case where different point masses are under the action of external forces, hence these forces can be regarded as control inputs. Therefore, this system is described by a mathematical model that falls into the category of nonlinearly perturbed, multi-input, multi-output systems, where the outputs of the system are, for instance, the positions of the point masses. In general, one cannot expect to have complete information about a sophisticated mechanical or biological system, but instead only structural properties (e.g. minimum phase condition, strict relative degree) are known. Therefore, the method of adaptive control is chosen in this paper. The aim is to design a universal adaptive controller, which learns from the behaviour of the system, so automatically adjusts its parameters and achieves a pre-specified control objective. Since we deal with nonlinearly perturbed multi-input, multi-output systems, which are not necessary autonomous, particular attention is paid to the [lambda]-tracking control objective. Simple adaptive mechanisms which achieve tracking of a given reference signal for any pre-specified accuracy [lambda] are introduced. [lambda] > 0 denotes the size of the tracking error. The feedback strategy reduces in dimension (the number of used variables calculated by internal differential equations) if we restrict the considered system class to single-input, single-output systems with zero-centre in the open left-half complex plane. We stress that the introduced adaptive controllers consist of very simple feedback mechanisms and adaptation rules. These controllers are only based on information about the output of the system no knowledge of the system parameters is required.

In vielen Bereichen der Technik ist eine spezifische Nachgiebigkeit technischer Systeme eine dringende Voraussetzung. Soft robotics ist Stand aktueller Forschungsarbeiten. Die Nachgiebigkeit technischer Systeme wird entweder durch Kontrolle oder durch strukturelle und stoffliche Eigenschaften gewährleistet. Der Vorteil der letzteren Möglichkeit besteht in der herstellungs-, bzw. regelungstechnischen Einfachheit des Systems. Bionische Ansätze gewinnen zur Lösung komplexer technischer und technologischer Problemstellungen auch in der angewandten Mechanik zunehmend an Bedeutung. Die Biomechanik der Gliedertiere mit monolithischen Extremitäten bietet aus mehreren Hinsichten Anregungen zur Gestaltung von technischen nachgiebigen Strukturen. In der vorliegenden Arbeit werden monolithische, elastomere, fluidmechanisch angetriebene Gelenkelemente mit ebenem Bewegungsbereich betrachtet. Es werden theoretische und experimentelle Untersuchungen vorgenommen, um charakteristische Merkmale derartiger Strukturen abzuleiten und unter Einbeziehung bionischer Ansätze Lösungsvorschläge von Konstruktionsvarianten mit im Vergleich zu bekannten Lösungen verbesserten quantitativen bzw. qualitativ neuen Eigenschaften zu erarbeiten. Die Arbeit ist in vier Teile gegliedert. Im ersten Teil werden die beim Entwurf von nachgiebigen Mechanismen in Betracht zu ziehenden bionischen Ansätze genannt. Im zweiten Teil der Arbeit werden Konstruktionsvarianten mit im Vergleich zu konventionellen Strukturen verbesserten quantitativen Eigenschaften und ihre charakteristischen Merkmale bei statischen und dynamischen Druckbelastungen betrachtet. Im dritten Teil der Arbeit werden zwei qualitativ neue Verformungsverhalten der Strukturen betrachtet. Im vierten Teil der Arbeit werden hingegen solche Strukturen betrachtet, die für einen gegebenen Druckwert, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Druckerhöhung, unterschiedliche Gleichgewichtslagen annehmen können. Die Ansteuerung derartiger Strukturen kann anstelle der Größe des Druckes mit der Geschwindigkeit der Lastaufbringung erfolgen.