Forschungsgebiete

Am Lehrstuhl für Mechanik und Robotik werden seit vielen Jahren Konzepte des Smart Engineering auf drei verschiedenen Ebenen erfolgreich verfolgt. Zum einen sind dies die Methoden der Synthese von Mechanismen und robotischen Manipulatoren, mit denen neue Strukturen automatisch erzeugt werden. Dies ist ein sehr vielversprechendes Gebiet da die Kenntnisse für den Mechanismendesign mehr und mehr aus den Ingenieurcurricula verschwinden aber durch die Forderung nach schnelleren und komfortableren mechanischen Strukturen, auch z.B. beim Design von Exoskeleta und medizinischen Instrumenten, wieder neues Know-how benötigt wird. Durch die Automatisierung können hier intelligente Entwürfe generiert und bewertet werden, was aus Menschenhand erst nach vielen Jahrzehnten oder gar nicht gelingen würde. Zum anderen verfolgt der Lehrstuhl die Entwicklung von hocheffizienten mathematischen Modellen der physikalischen Bewegungen der Mechanismen, mit denen sich Echtzeitsimulationen und komplexe Optimierungen unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens realisieren lassen. Beispiele sind der automatische Achterbahnlayout aber auch die Vorentwicklung von Schwerlastmaschinen. Der dritte Bereich des Smart Engineering liegt in der Robotik, wo komplexe Bahnalgorithmen z.B. für den sicheren Transfer von Personen von Schiffen auf Offshorestrukturen mittels serieller Roboter, für die zeitoptimale Führung von Körpern im Raum unter komplexen Nebenbedingungen, oder für die optimale Steuerung von komplexen Parallelkinematiken unter Berücksichtigung von Steifigkeitseigenschaften zählen.

Im Forschungsschwerpunkt Human-Centered Cyber Physical Systems konnten mit Fokus auf die Anwendung der Biomechanik des muskuloskelettalen Systems in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte mit einem Forschungsvolumen von € 2,3 Millionen erzielt werden. Hierzu zählt z.B. eine Stiftungsprofessur Biomechanik 2007-2013 als eine von sechs geförderten Professuren deutschlandweit aus Mitteln der Claussen-Simon-Stiftung des Stifterverbands für die Deutschen Wissenschaften, zwei größere EU-Verbundprojekte sowie einem erst kürzlich gewonnenen Projekt im Leitmarktwettbewerb LifeSciences.NRW 2017. Daneben sind signifikante und international sichtbare Beiträge im Bereich der kontinuumsmechanischen Nachbildung von mechanischen Wechselwirkungen in Geweben durch das FG Mechanik am Standort Essen geleistet worden, wozu auch ein Leibniz-Preis zählt. Das Ziel der Biomechanik des muskuloskelettalen Systems am Standort Duisburg-Essen ist es, die patientenindividuelle und interdisziplinäre Behandlungsplanung für Erkrankungen des Bewegungsapparates mit Hilfe von ingenieurwissenschaftlichen Methoden der Sensorik, der Simulation sowie des Orthetikdesigns zu objektivieren und zu verbessern – z.B. zur optimierten Rehabilitation bei Gangstörungen von Schlaganfallpatienten – wozu Kooperationen mit der Orthopädie, der Neurologie, der Radiologie, der Physiotherapie sowie der Orthetik sowohl im Universitätsklinikum Essen als auch mit umliegenden Zentren wie der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf, der Hochschule für Gesundheit in Bochum sowie dem Reha-Zentrum Rheinklinik Rhein-Ruhr Mediclin in Essen zählen. Die Universität Duisburg-Essen bietet hierbei die einmalige Möglichkeit, unter einem Dach gemeinsam mit der medizinischen Fakultät innovative Konzepte in der Kopplung Ingenieurwissenschaften/Medizin zu entwickeln.

Projekte und Kooperationen

• 2012 - 2015:
  ReHabX: Personalisierte Therapiesteuerung bei Gangstörungen am Beispiel des Schlaganfalls
  Gefördert aus dem EFRE kofinanzierten operationellen Programm für NRW im Ziel2 "Regionale Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung" 2007-2013

• 2013 - 2015:      
  MoBiMon: Mobiles Biomechanisches Monitoring
  Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages

• 2017 - 2019:
  Theoretical and Experimental Perspectives for the Control of Complex Robotic Systems with Application to Advanced Walking Devices
  Gefördert vom DAAD aus Mitteln des Auswärtigen Amts (AA)

• 2017 - 2020:      
  ECSASDPE: European and Chinese Platform for Stacked Aero-Structure Drilling Process and Equipment (“Horizon 2020 – the Framework Programme for Research and Innovation”)
  This project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 734272

Ausstattung

• Ride-Simulator basierend auf dem seriellen Roboter Kuka Robocoaster
• 2 Industrieroboter Kuka KR9 und KR15
• Gang- und Bewegungsanalyselabor
• Mehrkörpersimulationsbibliotheken Mobile® und MobileBody®
• Festo fluidic muscle parallele Plattform
• dSpace control unit
• PC Pool 

Ausgewählte Tätigkeiten in Fachgesellschaften und Journalen

Prof. Kecskeméthy leitete als Editor in Chief von 2004 bis 2015 die Internationale wissenschaftliche Zeitschrift Mechanism and Machine Theory und ist derzeit Associate Editor für diese Zeitschrift sowie für die Zeitschrift Multibody Dynamics. Er war Mitglied des Entscheidungskomitees der kanadischen Forschungsbehörde NSERC für die „Discovery“ Forschungsanträge auf dem Gebiet des Mechanical Engineerng für die Zeit 2013-2016. Er ist externes korrespondierendes Mitglied der Akademie der Wissenschaften der Universität Bologna sowie German Chair der International Federation for the Promotion of Mechanism and Machine Science (IFToMM), Mitglied des VDI sowie Mitglied des Advisory Board der kanadischen Forschungsagentur NSERC. Innerhalb der IFToMM ist Mitglied des Permanent Commission for Publications sowie der Technical Committees „Computational Kinematics“, „Biomechanics“ und „Multibody Dynamics“.

Ausgewählte Publikationen

• H. Liu, T. Huang, D.G. Chetwynd, A. Kecskeméthy, Stiffness Modeling of Parallel Mechanisms at Limb and Joint/Link Levels, IEEE Transactions on Robotics, 2017
• A. Scholz, M. Sherman, I. Stavness, S. Delp, A. Kecskeméthy, A fast multi-obstacle muscle wrapping method using natural geodesic variations,Multibody System Dynamics 36 (2), 195-219, 2016.
• J. Angeles, A. Kecskemethy, Kinematics and dynamics of multi-body systems, Springer, 2014.
• H. Liu, T. Huang, A. Kecskeméthy, D.G. Chetwynd, A generalized approach for computing the transmission index of parallel mechanisms, Mechanism and Machine Theory 74, 245-256, 2014.
• B. Zi, H. Ding, X. Wu, A. Kecskeméthy, Error modeling and sensitivity analysis of a hybrid-driven based cable parallel manipulator, Precision Engineering 38 (1), 197-211, 2014.
• B. Zi, S. Qian, H. Ding, A. Kecskeméthy, Design and analysis of cooperative cable parallel manipulators for multiple mobile cranes, International Journal of Advanced Robotic Systems 9 (5), 207, 2013.
• H. Ding, F. Hou, A. Kecskeméthy, Z. Huang, Synthesis of the whole family of planar 1-DOF kinematic chains and creation of their atlas database, Mechanism and Machine Theory 47, 1-15, 2012.
• F. Geu Flores, A. Kecskeméthy, A. Pöttker, Workspace analysis and maximal force calculation of a face-shovel excavator using kinematical transformers, 12th IF to MM World Congress, Besancon, 2007.
• JAC. Ambrósio, A. Kecskeméthy, Multibody dynamics of biomechanical models for human motion via optimization, Multibody Dynamics, 245-272, 2007.
• A. Kecskeméthy, A. Weinberg, An improved elasto-kinematic model of the human forearm for biofidelic medical diagnosis, Multibody System Dynamics 14 (1), 1-21, 2005.