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M.Sc. Jan Brüdigam

Technische Universität München

Lehrstuhl für Informationstechnische Regelung (Prof. Hirche)

Postadresse

Postal:
Barerstr. 21
80333 München


Kurze Biografie

Seit 08/2020 Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Lehrstuhl für Informationstechnische Regelung
Technische Universität München (TUM)
09/2019 – 05/2020 Masterarbeit: Variationsintegratoren in Maximalen Koordinaten
Stanford University, USA
2017 – 2020 Master of Science, Elektro- und Informationstechnik
Fokus: Robotik, Regelungstechnik und Numerische Optimierung
Technische Universität München (TUM)
03/2017 – 09/2017 Bachelorarbeit: Steuerung und Regelung textiler Exoskelette
Harvard University, USA
2014 – 2017 Bachelor of Science, Elektro- und Informationstechnik
Fokus: Regelungstechnik und Robotik
Technische Universität München (TUM)

 

Forschung

ReHyb

Patienten, die einen Unfall oder Schlaganfall erlitten haben, sind oftmals auf intensive Rehabilitation angewiesen, um verlorene sensormotorische Fähigkeiten für ein unabhängiges und selbstbestimmtes Leben zurückzuerlangen. Im Gegensatz zu klassischen Physiotherapeuten können Rehabilitationsroboter präzise und über lange Zeiträume anstrengende physische Arbeit leisten, ohne dabei zu ermüden. Außerdem können direkt die Fähigkeiten und Verbesserungen des Patienten gemessen werden.

Als Team von Forschern an der TUM und in Kollaboration mit Partnern in ganz Europa arbeiten wir im Rahmen des ReHyb Projekts an der Regelung eines Oberkörper-Exoskeletts. Dabei greifen wir auf „Shared Control“ (geteilte Regelung) Konzepte zurück, die zum einen die modellbasierte Beschreibung des Roboters und zum anderen die datengetriebene Systemidentifikation des Menschen nutzen. Unser Ziel ist es, ein patientenspezifisches, bedarfsgerechtes Gerät zu entwickeln, das sowohl bei der Rehabilitation als auch im täglichen Leben unterstützen kann.

Shared Control (Geteilte Regelung)

Mit der zunehmenden Leistungsfähigkeit von Robotern können diese mittlerweile für immer kompliziertere Aufgaben herangezogen werden. Dabei wird der Mensch jedoch keineswegs ersetzt. Vielmehr ergeben sich neue Möglichkeiten, komplexe Problemstellungen kooperative zu bewältigen. Der Mensch nimmt dabei eine planerische Tätigkeit ein, während der Roboter als ausführende Einheit zum Einsatz kommt.

Die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter bringt dabei einige interessante Fragestellungen im Bereich der Regelungstechnik hervor. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Aufteilung der einzelnen Regelungsaufgaben und dem Zusammenspiel zwischen den einzelnen Teilaufgaben. Ein Beispiel von Mensch-Roboter-Interaktion ist das Zusammenspiel von Exoskelett und Mensch beim ReHyb Projekt.

Robotik in Maximalen Koordinaten

Typischerweise werden Roboter in sogenannten minimalen (oder auch generalisierten) Koordinaten beschrieben. Dabei steht jede Koordinate für einen Freiheitsgrad eines Systems (zum Beispiel die Auslenkung eines Pendels). Der Vorteil dieser Beschreibungsform liegt in der geringen Anzahl von Variablen und der Vermeidung von Zwangs- und Nebenbedingungen.

Für moderne Roboter mit komplizierteren Aufgaben sind minimale Koordinaten jedoch nicht unbedingt ideal. Stattdessen kann sich der Einsatz von maximalen Koordinaten lohnen, bei denen ein System quasi entkoppelt beschrieben wird und durch Nebenbedingungen zusammengeführt wird. Diese Art der Parametrisierung bietet eine Reihe von numerischen und regelungstechnischen Vorteilen. Gleichzeitig gibt es hierzu aber auch noch einige offene Forschungsthemen.

Code für eine Dynamiksimulation in maximalen Koordinaten befindet sich hier:
https://github.com/janbruedigam/ConstrainedDynamics.jl

Studentische Arbeiten

Ich freue mich über motivierte Studenten, die Interesse an meiner Forschung haben. Melden Sie sich gerne bei mir, wenn Sie an einer studentischen Arbeit in meinem Forschungsgebiet interessiert sind, auch wenn gerade kein Thema explizit ausgeschrieben ist.

Schicken Sie mir dazu bitte Ihren Leistungsnachweis und Lebenslauf (falls verfügbar), damit ich ein Thema passend zu Ihrem Hintergrund und Können auswählen kann. Geben Sie bitte außerdem an, was ein guter Starttermin für Sie wäre.

Offene Arbeiten

MA: Trajectory Optimization and Control in Maximal Coordinates [PDF]
FP: Rotational Derivatives and Newton's Method in Robotics [PDF]
FP: Inverse Dynamics for Robotics in Maximal Coordinates [PDF]

Publikationen

2021

  • J. Brüdigam and Z. Manchester: Linear-Quadratic Optimal Control in Maximal Coordinates. 2021 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2021 mehr… BibTeX Volltext (mediaTUM)

2020

  • J. Brüdigam and Z. Manchester: Linear-Time Variational Integrators in Maximal Coordinates. Workshop on the Algorithmic Foundations of Robotics (WAFR), 2020 mehr… BibTeX Volltext (mediaTUM)