Ein humanoid geformter, autonom arbeitender Service-Roboter kommt dem Traum vom künstlichen Menschen schon recht nahe. Kleinstantriebe von Faulhaber mit großer Leistungsdichte, hohem Wirkungsgrad und minimalem Platzbedarf sorgen für Bewegung und längere Betriebszeiten.
Mit moderner Technik lassen sich heute bereits menschenähnliche Roboter realisieren. Auch wenn noch erhebliche Entwicklungsarbeit nötig ist, so bieten humanoid geformte, autonom arbeitende Service-Roboter schon eine Vielfalt an Leistungen. Hauptproblem neben dem Zusammenspiel vieler Komponenten ist die Energieversorgung und der Platzbedarf der Einzelteile. Zur Lösung dieser beiden Probleme bieten sich Kleinstantriebe an. Ihre große Leistungsdichte bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad und geringem Platzbedarf verbessert das Leistungsgewicht und ermöglicht längere Betriebszeiten, bevor nachgeladen werden muss. Je menschenähnlicher ein Roboter ausfallen soll, umso komplexer ist der dazu nötige mechatronische Aufwand. Gerade für Bereiche, wo menschliche Umgangsformen gefragt sind wie bei Service-Aufgaben oder Informationsausgaben in Museen und Flughäfen, wird die Technik für den Roboterbau aufwendig.
Das Unternehmen Pal Robotics mit Sitz in Barcelona befasst sich seit Jahren mit dem Bau von humanoiden Robotern für spezielle Einsatzzwecke. Nonverbale Kommunikation, sprich die Körpersprache, spielt auch bei humanoiden Roboterkörpern eine wichtige Rolle für die Akzeptanz der Maschinen. Um trotz der hohen Anforderungen möglichst viele Funktionen in dem vorgegebenen Körper unterbringen zu können, arbeiten die Roboterexperten mit dem Kleinantriebsspezialisten Faulhaber aus Schönaich bei Stuttgart zusammen. So entstand ein Robotertyp, der durchaus schon menschliche Züge aufweist und über Körpersprache gewisse Aussagen unterstreichen kann.
Humanoide Roboter, die im Alltag eine Aufgabe übernehmen sollen, müssen gewisse Randbedingungen erfüllen. Die Roboterentwickler wollten die Bereiche Informationsausgabe, kleinere Transportaufgaben und Service-Handlungen in das neue Robotermodell REM integrieren. Daraus ergab sich schließlich eine Größe von 1,65 m, um mit Menschen auf Augenhöhe kommunizieren zu können. Das Gewicht durfte nicht zu hoch ausfallen. Andererseits war ein tiefer Schwerpunkt gefragt und Stauraum für die nötigen Akkus. Das aktuelle Gewicht liegt momentan bei rund 90 kg. Das reicht für einen Akkusatz, der einen autonomen Betrieb über 8 h erlaubt. Zusätzlich zum Eigengewicht kann die Servicemaschine bis zu 30 kg Nutzlast auf der unteren Ladeplattform transportieren. Die beiden Arme können jeweils bis zu 3 kg unabhängig voneinander bewegen. Für eine effektive Fortbewegung sorgen Räder, die in der Roboterbasis untergebracht sind. Dadurch sind geringer Stromverbrauch und hohe Laufruhe gegeben. Zudem ist das Konzept für den geplanten Einsatzbereich mit bis zu 4 km/h ausreichend mobil. Neben einem Touchpanel für die programmierbaren Anwendungen ist der REM mit Mikrofon, Stereo-Kamera, Laser- und Ultraschallsensoren sowie Beschleunigungssensoren und Gyroskopen ausgestattet. Damit kann der Roboter seine aktuelle Lage im Raum erkennen, autonom im Aufgabenbereich unterwegs sein und plötzlich auftauchenden Hindernissen oder kreuzenden Menschen ausweichen.
Für die nötige Ausdrucksstärke sorgen zwei DC-Kleinstantriebe in Nacken und Taille des Roboteroberkörpers. Dank der kleinen Bauform sind die Antriebe auch an diesen beiden Einschnürungen des Körpers ohne Probleme einsetzbar. Kopf und Torso können durch die kleinen Aktoren unabhängig voneinander bewegt werden und verschiedene Haltungen einnehmen. Dadurch kann der Roboter über Körpersprache menschliche Züge nachahmen, passend zur jeweiligen Situation.
Kleine Antriebe sind nicht einfach Abbilder größerer Motoren. Sie bieten aus physikalischen Gründen oft mehr Dynamik, Leistung und einen höheren Wirkungsgrad, als es die einfache Verkleinerung erwarten lässt. In der Praxis sind so kurzzeitig hohe Überlastleistungen möglich ohne Einfluss auf die Lebensdauer. Das ist für die eher seltenen und kurzzeitigen Aktionen für die Roboter-Gestik von Vorteil. Schrittmotoren können durch eine definierte Schrittweite pro Ansteuerimpuls ohne zusätzlichen Encoder präzise positionieren. Bürstenkommutierte Antriebe laufen schon bei geringsten Versorgungsspannungen an. Das ist ideal für autonome, akkugestützte Systeme, die auch bei abfallender Spannung nicht gleich versagen dürfen. Für lange Laufzeiten und hohe Dynamik sind elektronisch kommutierte DC-Motoren die richtige Wahl. Intelligente Motion- Controller können dabei den Antrieb im Vier-Quadranten-Betrieb ansteuern und die eigentliche Robotersteuerung entlasten. ub
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